Vì sao con người khó xây thành phố triệu dân trên Mặt Trăng?

Những phát hiện về băng nước tại các vùng cực của Mặt Trăng từng mở ra hy vọng con người có thể xây dựng các căn cứ lâu dài bên ngoài Trái Đất.

Thay vì phải vận chuyển toàn bộ nước từ hành tinh của chúng ta, những cư dân tương lai có thể khai thác nguồn tài nguyên ngay tại chỗ.

Tuy nhiên, một nghiên cứu mới cho thấy lượng nước hiện được biết đến trên Mặt Trăng có thể không đủ để duy trì những thành phố khổng lồ trong thời gian dài.

Trong nghiên cứu công bố trên tạp chí Frontiers in Space Technologies, hai nhà vật lý thiên văn Martin Elvis và Jonathan McDowell đã tính toán nhu cầu về nước và năng lượng của các khu định cư có quy mô từ hàng nghìn đến một triệu người.

Kết quả cho thấy năng lượng có thể không phải bài toán khó nhất. Nước mới là yếu tố có khả năng giới hạn quy mô của những thành phố trên Mặt Trăng.

Một tỷ tấn nước vẫn có thể không đủ

Mặt Trăng không hoàn toàn khô cằn như con người từng nghĩ.

Băng nước được xác định tồn tại trong những miệng hố luôn chìm trong bóng tối ở các vùng cực, nơi nhiệt độ cực thấp giúp nước có thể tồn tại trong thời gian dài.

Đây được xem là nguồn tài nguyên đặc biệt quan trọng đối với các sứ mệnh tương lai.

Nước không chỉ phục vụ nhu cầu uống, vệ sinh hay sản xuất thực phẩm. Con người còn có thể tách nước thành hydro và oxy. Oxy cần thiết để duy trì sự sống, trong khi hydro và oxy có thể được sử dụng trong sản xuất nhiên liệu tên lửa.

Vấn đề nằm ở lượng nước thực sự có thể khai thác.

Để tính toán, các nhà nghiên cứu thậm chí sử dụng một kịch bản khá lạc quan, giả định Mặt Trăng có khoảng 1 tỷ tấn nước có thể phục vụ cho các khu định cư.

Nếu không tái chế, một thành phố với 1 triệu cư dân có thể sử dụng hết lượng nước này chỉ sau vài năm.

Ngay cả khi con người xây dựng được hệ thống tái chế nước đạt hiệu suất 98%, tương đương mức đạt được trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS), bài toán vẫn chưa thực sự được giải quyết.

Theo tính toán của nhóm nghiên cứu, với giả định 1 tỷ tấn nước và khả năng tái chế ở mức 98%, thành phố một triệu dân có thể tồn tại trong khoảng hơn 100 năm trước khi nguồn nước cạn kiệt.

Con số một tỷ tấn cũng là kịch bản rất hào phóng. Các ước tính tốt nhất hiện nay về lượng nước trên Mặt Trăng thấp hơn khoảng 30 lần. Nếu lượng nước thực tế gần với mức này, thời gian tồn tại của một thành phố lớn sẽ giảm mạnh.

Nói cách khác, việc phát hiện nước trên Mặt Trăng không đồng nghĩa con người đã có đủ tài nguyên để xây dựng những đô thị với quy mô tương tự trên Trái Đất.

Thành phố khó, nhưng một thị trấn nhỏ khả thi hơn

Các tính toán đưa ra một viễn cảnh khả quan hơn nếu con người giảm đáng kể quy mô của khu định cư.

Theo nhóm nghiên cứu, một cộng đồng khoảng 1.000 người, thậm chí một thị trấn khoảng 10.000 cư dân, có thể duy trì nguồn nước trong hàng thế kỷ hoặc lâu hơn.

Điều này cho thấy những căn cứ hoặc thị trấn nhỏ có thể là kịch bản thực tế hơn nhiều so với một đô thị triệu dân.

Trong khi nước là vấn đề lớn, nghiên cứu cho rằng năng lượng lại có triển vọng khả quan hơn.

Gần các cực của Mặt Trăng tồn tại những khu vực trên vành miệng hố nhận ánh sáng Mặt Trời trong phần lớn thời gian.

Các nhà nghiên cứu tính toán rằng những tháp cao khoảng 1km được phủ các tấm quang điện tại những khu vực này về lý thuyết có thể tạo ra khoảng 3GW điện.

Nguồn năng lượng như vậy không chỉ phục vụ khu định cư mà về lý thuyết còn có thể hỗ trợ các hoạt động công nghiệp hoặc những trung tâm dữ liệu trong tương lai.

Nhưng có điện không giải quyết được bài toán nếu nước trở thành tài nguyên cạn kiệt.

Con người vẫn còn những lựa chọn

Kết quả nghiên cứu không đồng nghĩa giấc mơ xây dựng thành phố trên Mặt Trăng hoàn toàn bất khả thi.

Một hướng đi là nâng hiệu suất tái chế nước lên cao hơn nữa. Theo các nhà nghiên cứu, con người cũng có thể giảm nhu cầu sử dụng nước bằng những phương pháp sản xuất thực phẩm hiệu quả hơn, chẳng hạn nông nghiệp thẳng đứng.

Một phương án tham vọng hơn là đưa nước từ các tiểu hành tinh tới Mặt Trăng. Tuy nhiên, điều này đòi hỏi một hệ thống khai thác và vận chuyển ngoài không gian có quy mô lớn.

Khả năng khác được đánh giá đầy hứa hẹn là tìm thêm những nguồn nước chưa được phát hiện.

Các kỹ thuật khảo sát hiện nay chủ yếu thăm dò ở độ sâu vài mét dưới bề mặt. Trong khi đó, lớp đất đá vụn trên Mặt Trăng có thể kéo dài xuống hàng chục mét. Điều này để ngỏ khả năng những vùng lạnh có thể chứa thêm nước mà các thiết bị hiện nay chưa phát hiện được.

Do đó, những sứ mệnh khảo sát và xác định chính xác trữ lượng băng tại các vùng cực sẽ đóng vai trò quan trọng trước khi con người có thể tính tới việc xây dựng các khu định cư quy mô lớn.

Nghiên cứu cũng cho thấy khoảng cách đáng kể giữa việc đưa con người lên Mặt Trăng và duy trì một xã hội lâu dài trên đó.

Một căn cứ vài trăm hoặc vài nghìn người có thể là bài toán hoàn toàn khác so với một thành phố có hàng triệu cư dân. Khi quy mô dân số tăng lên, nhu cầu về nước cho sinh hoạt, sản xuất thực phẩm và các hoạt động kinh tế cũng tăng theo.