Nếu xây thành phố 1 triệu dân trên Mặt Trăng, nước có thể cạn kiệt chỉ sau 100 năm

Ý tưởng xây dựng một thành phố có con người sinh sống lâu dài trên Mặt Trăng từng được xem là một trong những viễn cảnh xa xôi nhất của ngành công nghiệp vũ trụ. Tuy nhiên, khi nhiều quốc gia và doanh nghiệp tư nhân ngày càng quan tâm tới việc khai thác tài nguyên ngoài Trái Đất, câu hỏi không còn chỉ là liệu con người có thể đặt chân lên Mặt Trăng hay không.

Vấn đề lớn hơn là: nếu một thành phố 1 triệu người thực sự được xây dựng trên Mặt Trăng, nó có thể tồn tại trong bao lâu?

Một phân tích do Martin Elvis và Jonathan McDowell dẫn đầu tại Trung tâm Vật lý Thiên văn Harvard-Smithsonian đưa ra một viễn cảnh đáng chú ý. Theo nghiên cứu được công bố trên tạp chí Frontiers in Space Technologies, ngay cả trong kịch bản lạc quan khi Mặt Trăng có tới 1 tỷ tấn nước có thể khai thác, một thành phố với dân số 1 triệu người vẫn có nguy cơ cạn kiệt nguồn nước trong khoảng 100 năm.

Điều đáng nói là nước có thể trở thành vấn đề nghiêm trọng hơn cả năng lượng trong quá trình xây dựng một nền văn minh lâu dài trên Mặt Trăng.

Vì sao nước lại quan trọng đến vậy?

Trên Trái Đất, nước hiện diện với quy mô khổng lồ và được tái tạo thông qua chu trình tự nhiên. Con người có thể khai thác nước từ sông, hồ, nước ngầm hoặc đại dương, sau đó xử lý và tái sử dụng.

Trên Mặt Trăng, hoàn cảnh hoàn toàn khác.

Không có hệ thống sông hồ tự nhiên và cũng không có một chu trình nước tương tự Trái Đất để liên tục bổ sung nguồn cung. Nếu con người xây dựng khu định cư quy mô lớn, mỗi lượng nước được đưa vào hệ thống sẽ trở thành một tài nguyên đặc biệt quý giá.

Nước không chỉ phục vụ nhu cầu uống và sinh hoạt. Nó còn liên quan tới nông nghiệp, sản xuất thực phẩm, các hoạt động công nghiệp và nhiều quy trình khác cần thiết để duy trì một cộng đồng có quy mô lớn.

Chính vì vậy, việc phát hiện băng nước tại các khu vực cực của Mặt Trăng được xem là một trong những yếu tố quan trọng nhất đối với tương lai của các căn cứ lâu dài ngoài Trái Đất.

Cực Nam Mặt Trăng trở thành mục tiêu chiến lược

Một số khu vực gần các cực của Mặt Trăng có địa hình đặc biệt. Một số vùng nằm trong bóng tối gần như vĩnh viễn, khiến ánh sáng Mặt Trời rất khó tiếp cận. Điều kiện này có thể giúp băng nước được bảo tồn trong thời gian rất dài.

Các ước tính từng cho rằng khu vực này có thể chứa tới khoảng 1 tỷ tấn nước.

Nếu có thể khai thác hiệu quả, nguồn tài nguyên này sẽ mang lại lợi thế rất lớn.

Thay vì phải vận chuyển toàn bộ nước từ Trái Đất lên Mặt Trăng, các căn cứ có thể khai thác nước tại chỗ, sau đó sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Điều này có thể giảm đáng kể khối lượng hàng hóa phải phóng từ Trái Đất, qua đó giảm chi phí và độ phức tạp của các sứ mệnh không gian.

Đó cũng là một trong những lý do Cực Nam Mặt Trăng đang trở thành khu vực được nhiều quốc gia và công ty vũ trụ đặc biệt quan tâm.

Cuộc cạnh tranh này không chỉ liên quan tới việc đặt chân lên Mặt Trăng trước đối thủ. Trong dài hạn, khả năng tiếp cận tài nguyên nước có thể quyết định nơi nào có lợi thế để xây dựng căn cứ, cơ sở nghiên cứu hoặc các khu định cư lâu dài.

Tái chế 98% nước vẫn chưa đủ

Một trong những điểm đáng chú ý nhất của nghiên cứu nằm ở giả định về hiệu suất tái chế nước.

Các nhà nghiên cứu đưa vào mô hình tỷ lệ tái chế nước lên tới 98%, tương đương mức độ được áp dụng trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS).

Về lý thuyết, tỷ lệ 98% là cực kỳ cao. Điều đó có nghĩa phần lớn lượng nước được sử dụng có thể quay trở lại hệ thống thay vì bị mất hoàn toàn.

Tuy nhiên, với dân số lên tới 1 triệu người, chỉ một tỷ lệ nhỏ nước bị thất thoát mỗi chu kỳ cũng có thể tích tụ thành con số khổng lồ trong nhiều thập kỷ.

Theo phân tích, với giả định có tới 1 tỷ tấn nước ban đầu, thành phố 1 triệu dân vẫn có thể sử dụng hết nguồn cung trong khoảng 100 năm.

Điều này cho thấy quy mô dân số có thể làm thay đổi hoàn toàn bài toán tài nguyên.

Một hệ thống có thể hoạt động tốt đối với vài chục, vài trăm hoặc vài nghìn người chưa chắc có thể duy trì khi dân số tăng lên hàng triệu người.

Kịch bản xấu hơn: Mặt Trăng có thể có ít nước hơn rất nhiều

Con số 1 tỷ tấn nước vốn đã khiến bài toán trở nên khó khăn, nhưng nghiên cứu còn đặt ra một khả năng đáng lo ngại hơn.

Lượng nước thực sự có thể khai thác trên Mặt Trăng có thể thấp hơn khoảng 30 lần so với con số 1 tỷ tấn được giả định.

Nếu điều đó đúng, thời gian duy trì một thành phố 1 triệu người sẽ giảm mạnh.

Theo phân tích, trong kịch bản nguồn nước thấp hơn này, thành phố có thể cạn kiệt nước chỉ sau khoảng 3 đến 4 năm.

Sự chênh lệch giữa hai kịch bản cho thấy một câu hỏi quan trọng vẫn chưa được giải quyết: Mặt Trăng thực sự có bao nhiêu nước có thể khai thác và nguồn nước đó phân bố ở đâu?

Đây có thể là một trong những dữ liệu quan trọng nhất cần được xác định trước khi con người nghĩ tới việc xây dựng các thành phố quy mô lớn trên Mặt Trăng.

Điện năng có thể không phải trở ngại lớn nhất

Điều thú vị trong phân tích là năng lượng lại được đánh giá là vấn đề có khả năng giải quyết dễ dàng hơn nước.

Các vành miệng núi lửa gần hai cực Mặt Trăng có những khu vực nhận được ánh sáng Mặt Trời trong thời gian rất dài, thậm chí gần như liên tục.

Điều này mở ra khả năng triển khai các hệ thống điện mặt trời quy mô lớn.

Theo ước tính trong nghiên cứu, các cơ sở năng lượng mặt trời có thể cung cấp khoảng 3 GW điện năng.

Đây là một quy mô đáng kể, đủ để cung cấp năng lượng cho các khu dân cư lớn cũng như hỗ trợ những hoạt động công nghiệp.

Đáng chú ý, nghiên cứu còn đề cập khả năng nguồn điện này có thể phục vụ những cơ sở tiêu thụ năng lượng lớn như các trung tâm dữ liệu trí tuệ nhân tạo.

Nếu các hệ thống năng lượng mặt trời có thể hoạt động ổn định, bài toán điện cho một nền kinh tế Mặt Trăng trong tương lai có thể khả thi hơn nhiều so với việc đảm bảo nguồn nước.

Nông nghiệp trên Mặt Trăng sẽ phải thay đổi hoàn toàn

Một thành phố 1 triệu dân không thể chỉ tồn tại bằng cách vận chuyển toàn bộ thực phẩm từ Trái Đất.

Muốn duy trì dân số lớn trong thời gian dài, con người cần phát triển một hệ thống sản xuất thực phẩm ngay trên Mặt Trăng.

Nhưng nông nghiệp lại là một lĩnh vực tiêu thụ nước đáng kể.

Do đó, nếu nước trở thành tài nguyên khan hiếm, mô hình canh tác truyền thống sẽ không phù hợp.

Các nhà nghiên cứu đề xuất tăng hiệu quả tái chế nước và sử dụng nông nghiệp theo chiều dọc, hay còn gọi là trang trại thẳng đứng. Mô hình này có thể giúp kiểm soát môi trường canh tác tốt hơn và giảm lượng nước thất thoát.

Trong một thành phố khép kín trên Mặt Trăng, từng giọt nước sẽ phải được quản lý giống như một tài sản chiến lược.

Hệ thống xử lý nước thải, thu hồi hơi ẩm, tái sử dụng nước trong nông nghiệp và kiểm soát thất thoát sẽ trở thành những thành phần thiết yếu của cơ sở hạ tầng.

Có thể đưa nước từ tiểu hành tinh về Mặt Trăng?

Khi nguồn nước tại chỗ không đủ, một phương án khác được đặt ra là đưa nước từ các tiểu hành tinh về Mặt Trăng.

Về mặt ý tưởng, đây là một hướng tiếp cận hấp dẫn. Nếu các vật thể trong không gian chứa lượng băng hoặc nước đáng kể, chúng có thể trở thành nguồn cung bổ sung cho các khu định cư ngoài Trái Đất.

Tuy nhiên, phương án này đồng nghĩa với việc phải phát triển một hệ thống khai thác, vận chuyển và kiểm soát tài nguyên giữa các thiên thể.

Đây sẽ là một bài toán kỹ thuật cực kỳ phức tạp.

Do đó, giải pháp thực tế hơn trước mắt vẫn là tìm kiếm thêm nước ngay trên Mặt Trăng.

Có thể Mặt Trăng vẫn còn những kho nước chưa được phát hiện

Một điểm quan trọng trong nghiên cứu là kiến thức hiện nay về nước trên Mặt Trăng vẫn chưa hoàn chỉnh.

Công nghệ thăm dò hiện tại mới có khả năng khảo sát tới độ sâu vài mét dưới bề mặt tại những khu vực nhất định. Điều đó đồng nghĩa với việc con người chưa thể loại trừ khả năng tồn tại những lớp băng nằm sâu hơn.

Nếu các cuộc thăm dò trong tương lai phát hiện những kho nước lớn bị chôn sâu dưới bề mặt, bài toán xây dựng căn cứ lâu dài có thể thay đổi đáng kể.

Đây cũng là lý do các nhiệm vụ khảo sát tài nguyên Mặt Trăng có ý nghĩa vượt xa mục tiêu khoa học đơn thuần.

Việc xác định chính xác vị trí, độ sâu, khối lượng và khả năng khai thác của băng nước có thể trở thành nền tảng cho mọi kế hoạch định cư quy mô lớn.

Thành phố Mặt Trăng có phải là điều bất khả thi?

Tiêu đề nghiên cứu đặt ra một kết luận rất mạnh: “Không thể xây dựng thành phố trên Mặt Trăng”.

Tuy nhiên, điểm quan trọng không nhất thiết nằm ở việc tuyên bố con người sẽ không bao giờ sống trên Mặt Trăng.

Thách thức thực sự nằm ở quy mô.

Một căn cứ nghiên cứu nhỏ với vài chục hoặc vài trăm người là một bài toán hoàn toàn khác so với một thành phố có 1 triệu cư dân.

Khi dân số tăng lên, nhu cầu nước, thực phẩm, vật liệu, năng lượng và hệ thống xử lý chất thải cũng tăng theo. Trong khi đó, Mặt Trăng không có nguồn tài nguyên phong phú và dễ tiếp cận như Trái Đất.

Vì vậy, trước khi nghĩ tới những thành phố hàng triệu người, con người có thể phải trải qua nhiều giai đoạn: căn cứ nghiên cứu nhỏ, khu khai thác tài nguyên, cơ sở sản xuất và sau đó mới tiến tới các khu định cư lớn hơn.

Bài toán nước có thể quyết định tương lai định cư trên Mặt Trăng

Nghiên cứu mới cho thấy một nghịch lý đáng chú ý của cuộc đua không gian.

Con người có thể tìm cách tạo ra hàng gigawatt điện trên Mặt Trăng, xây dựng các cơ sở công nghiệp và thậm chí hình dung về những trung tâm dữ liệu AI ngoài Trái Đất. Nhưng một thành phố công nghệ cao vẫn không thể tồn tại nếu thiếu nước.

Trong trường hợp nguồn nước chỉ khoảng 1 tỷ tấn, tỷ lệ tái chế 98% vẫn có thể chỉ giúp thành phố 1 triệu dân duy trì khoảng một thế kỷ. Nếu lượng nước thực tế thấp hơn nhiều, thời gian tồn tại có thể rút xuống chỉ còn vài năm.

Điều này biến nước thành một trong những tài nguyên chiến lược nhất của Mặt Trăng.

Tương lai của các khu định cư ngoài Trái Đất vì thế có thể không được quyết định chỉ bởi tên lửa mạnh hơn, hệ thống điện lớn hơn hay các công nghệ xây dựng tiên tiến hơn. Một trong những câu hỏi căn bản nhất vẫn là: con người sẽ lấy nước ở đâu và làm thế nào để không sử dụng hết nguồn tài nguyên đó?

Nếu các nhiệm vụ thăm dò tương lai phát hiện thêm những kho băng lớn nằm sâu dưới bề mặt, triển vọng có thể thay đổi đáng kể. Ngược lại, nếu lượng nước có thể khai thác thấp hơn nhiều so với kỳ vọng, giấc mơ về một thành phố 1 triệu dân trên Mặt Trăng sẽ phải đối mặt với giới hạn tài nguyên rất rõ ràng.

Ý tưởng về một thành phố 1 triệu dân trên Mặt Trăng cho thấy giới hạn của việc mở rộng nền văn minh ra ngoài Trái Đất không chỉ nằm ở công nghệ phóng tên lửa hay khả năng tạo ra năng lượng.

Nước mới có thể là yếu tố quyết định.

Ngay cả với giả định lạc quan về 1 tỷ tấn nước và tỷ lệ tái chế lên tới 98%, một thành phố quy mô 1 triệu người vẫn có thể đối mặt với tình trạng cạn kiệt sau khoảng 100 năm. Nếu trữ lượng thực tế thấp hơn nhiều, thời gian này có thể chỉ còn vài năm.

Vì vậy, trước khi nói đến những thành phố khổng lồ trên Mặt Trăng, nhiệm vụ cấp thiết có lẽ là lập bản đồ chính xác nguồn nước, tìm kiếm các lớp băng nằm sâu dưới bề mặt và phát triển công nghệ khai thác, tái chế nước với hiệu suất cao hơn nữa.

Giấc mơ xây dựng một thành phố ngoài Trái Đất có thể bắt đầu không phải bằng những tòa nhà khổng lồ, mà bằng việc trả lời một câu hỏi rất cơ bản: Mặt Trăng có đủ nước cho con người hay không?

Câu hỏi về ý tưởng xây dựng thành phố trên mặt trăng

1. Một thành phố 1 triệu dân trên Mặt Trăng có thể hết nước sau bao lâu?

Theo phân tích được đề cập, nếu giả định Mặt Trăng có tới 1 tỷ tấn nước và hệ thống tái chế đạt 98%, thành phố 1 triệu người có thể cạn kiệt nguồn nước trong khoảng 100 năm.

2. Nếu Mặt Trăng có ít nước hơn thì sao?

Nếu lượng nước thực tế thấp hơn khoảng 30 lần so với giả định 1 tỷ tấn, nghiên cứu cho rằng thành phố 1 triệu dân có thể chỉ duy trì nguồn nước trong khoảng 3 đến 4 năm.

3. Vì sao Cực Nam Mặt Trăng được quan tâm?

Một số khu vực gần cực nằm trong bóng tối kéo dài, tạo điều kiện bảo tồn băng trong thời gian dài. Đây được xem là những khu vực tiềm năng để tìm kiếm và khai thác nước.

4. Năng lượng có phải vấn đề lớn nhất khi xây thành phố trên Mặt Trăng?

Theo phân tích, không nhất thiết. Các khu vực gần cực có thể nhận ánh sáng Mặt Trời trong thời gian dài, tạo điều kiện xây dựng hệ thống điện mặt trời quy mô lớn với công suất ước tính khoảng 3 GW.

5. Có thể trồng cây và sản xuất thực phẩm trên Mặt Trăng không?

Nghiên cứu đề xuất sử dụng các mô hình như trang trại thẳng đứng và tăng hiệu quả tái chế nước để giảm nhu cầu nước trong nông nghiệp. Tuy nhiên, việc xây dựng một hệ thống sản xuất thực phẩm quy mô lớn vẫn là thách thức.

6. Con người có thể tìm thêm nước trên Mặt Trăng không?

Có khả năng. Công nghệ thăm dò hiện tại mới khảo sát được tới vài mét dưới bề mặt, vì vậy vẫn chưa loại trừ khả năng tồn tại các lớp băng lớn nằm sâu hơn. Việc phát hiện thêm nguồn nước có thể thay đổi đáng kể tính khả thi của các khu định cư trong tương lai.