2022 年 3 月 4 日，一个孤独的、用过的火箭助推器将以近9,656 公里/小时的速度撞击月球表面。一旦尘埃落定，美国宇航局的月球勘测轨道器将移动到位，以近距离观察阴燃的陨石坑，并希望能对行星撞击的神秘物理学有所了解。

作为一名研究月球的宇宙探秘官，我认为这次意外的撞击是一个令人兴奋的机会。月球一直是太阳系历史的坚定见证，在过去的 40 亿年里，它的巨大陨石坑表面记录了无数次碰撞。然而，科学家们很少看到形成这些陨石坑的射弹——通常是小行星或彗星。

在不知道是什么造成了陨石坑的细节的情况下，科学家们只能通过研究一个陨石坑来学到很多东西。即将到来的火箭撞击将提供一个偶然的实验，可以揭示很多关于自然碰撞如何撞击和冲刷行星表面的信息。对撞击物理学得更深入了解将大大有助于研究人员解释月球的贫瘠景观以及撞击对地球和其他行星的影响。

预计这枚火箭将撞入赫兹普伦火山口——在这张照片的中心——就在月球远端的地球视野之外。

当火箭在月球上坠毁

关于目前与月球碰撞过程中翻滚物体的确切身份存在一些争论。天文学家知道该物体是高空卫星发射丢弃的上级助推器。它长约 12米，重近4,500 公斤。有证据表明，它很可能是 2015 年发射的 SpaceX 火箭或2014 年发射的中国火箭，但双方均否认所有权。

预计火箭将坠入巨大的 Hertzsprung 陨石坑内广阔的贫瘠平原，就在月球远离地球的地平线上方。火箭接触月球表面后的瞬间，冲击波将以每秒数英里的速度沿弹丸的长度向上传播。在几毫秒内，火箭外壳的后端将被四面八方爆炸的金属碎片所摧毁。

助推器可能来自 2015 年发射的中国长征火箭——类似于这里看到的那枚。

双冲击波将向下传播到月球表面的粉状顶层，称为风化层。撞击的压缩会加热尘埃和岩石，并产生白色闪光，如果当时该地区恰好有一艘飞船，那么从太空中就可以看到这种闪光。一团汽化的岩石和金属云将从撞击点以灰尘的形式膨胀，沙子大小的颗粒被抛向天空。在几分钟的过程中，喷出的物质会如雨点般落回正在冒烟的陨石坑周围的地表。命运多舛的火箭几乎一无所有。

如果您是太空迷，您可能在阅读该描述时经历了一些似曾相识的感觉——美国宇航局在 2009 年进行了一项类似的实验，当时它故意将月球陨石坑观测和传感卫星(LCROSS) 撞到月球南部附近一个永久阴影的陨石坑中极。我是LCROSS 任务的一部分，并且取得了巨大的成功。通过研究漂浮在阳光下的尘埃羽的成分，科学家们能够找到数百磅水冰的迹象，这些水冰因撞击而从月球表面释放出来。这是支持这一观点的重要证据，即数十亿年来，彗星一直在输送水和有机化合物当它们在月球表面坠毁时。

然而，由于 LCROSS 火箭的陨石坑永远被阴影遮蔽，我和我的同事们已经努力了十年来确定这个埋藏的富含冰层的深度。

用月球勘测轨道器观察

即将发生的坠机事故的意外实验将使行星科学家有机会在白天观察一个非常相似的陨石坑。这就像第一次看到 LCROSS 陨石坑的全部细节。

由于撞击发生在月球的远端，因此地球望远镜将无法看到它。但在撞击后大约两周，美国宇航的月球，勘测轨道器开始可以看见陨石坑，因为它的运行轨道将它带到撞击区上方。一旦条件合适，月球轨道飞行器的相机将开始拍摄撞击地点的照片，分辨率约为每秒1 米。其他航天机构的月球轨道飞行器也可以在陨石坑上训练他们的相机。

陨石坑的形状和喷出的尘埃和岩石有望揭示火箭在撞击时的方向。垂直方向将产生更圆形的特征，而不对称的碎片图案可能表明更多的腹部翻板。模型表明，陨石坑的直径可能在10 到 30 米 左右，深度约为 2 到 3 米。

从地球上看不到撞击坑，因此科学家将依赖月球勘测轨道器的照片。

撞击产生的热量也将是有价值的信息。如果观测能够足够快，月球轨道器的红外仪器就有可能探测到陨石坑内的炽热物质。这可用于计算撞击产生的总热量。如果轨道飞行器无法以足够快的速度获得视野，则可以使用高分辨率图像来估计陨石坑和碎片场中熔化物质的数量。

通过比较来自轨道器相机和热传感器的前后图像，科学家将寻找表面的任何其他细微变化。其中一些影响可以延伸到陨石坑半径的数百倍。

为什么这很重要

撞击和陨石坑的形成是太阳系中普遍存在的现象。陨石坑粉碎和破碎行星地壳，逐渐形成大多数无空气世界常见的松散、颗粒状的顶层。然而，尽管它很常见，但人们对这个过程的整体物理学知之甚少。

观察即将到来的火箭撞击和由此产生的陨石坑可以帮助行星科学家更好地解释 2009 LCROSS 实验的数据并未产生更好的撞击模拟。随着计划在未来几年访问月球的任务方阵 ，对月球表面特性的了解——尤其是埋冰的数量和深度——的需求量很大。

不管这种任性火箭的身份如何，这次罕见的撞击事件将提供新的见解，这可能对未来登月及更远地区任务的成功至关重要。

感谢您的观看，我是宇宙探秘官，欢迎您点评、点赞和关注，我们下期见。