废旧火箭将于周五撞向月球NASA探测器将近距离观察燃烧的撞击坑

　　2022年3月4日，一枚孤独的废旧火箭助推器将以近6000英里/小时的速度砸向月球表面。一旦尘埃落定，美国宇航局（NASA）的月球勘测轨道飞行器(LRO) 将进入位置，以近距离观察这个燃烧的撞击坑，并希望能对行星撞击的神秘物理学有一些了解。
　　作为一名研究月球的行星科学家，科罗拉多大学博尔德分校的天体物理学和行星科学副教授 Paul Hayne认为这次意外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＂见证者＂，其严重坑洼的表面记录了过去40亿年来的无数次撞击。然而，科学家们很少能瞥见形成这些陨石坑的天体--通常是小行星或彗星。如果不知道是什么造成了陨石坑的具体情况，科学家们通过研究陨石坑所能学到的东西是有限的。
　　即将到来的火箭撞击将提供一个偶然的实验，可以揭示出很多关于自然碰撞如何冲击和冲刷行星表面的信息。对撞击物理学的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。
　　当火箭在月球上坠毁时
　　对于目前与月球相撞的翻滚物体的确切身份，一直存在一些争议。天文学家们知道，这个物体是一个从高空卫星发射中丢弃的末级助推器。它大约有40英尺（12米）长，重达近1万磅（4500公斤）。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，但双方都否认了所有权。
　　火箭预计将坠入巨大的Hertzsprung 陨石坑内的广阔贫瘠平原。在火箭接触月球表面的一瞬间，冲击波将以每秒数英里的速度沿着弹体的长度向上移动。在几毫秒内，火箭外壳的后端将被抹去，金属碎片向四面八方爆炸。
　　双重冲击波将向下进入月球表面的粉状表层，称为月壤。撞击的压缩将加热灰尘和岩石，并产生一个白热的闪光，如果当时该地区恰好有一个飞行器的话，从太空中就可以看到。一团汽化的岩石和金属云将从撞击点扩大，成为尘埃，沙子大小的颗粒被抛向天空。在几分钟的时间里，被抛出的物质将落回现在燃烧的撞击坑周围的地表。命运多舛的火箭几乎不会留下任何东西。
　　NASA在2009年进行了一个类似的实验，当时它故意将月球陨石坑观测和传感卫星(LCROSS)撞入月球南极附近的一个永久阴影坑。Hayne曾参加LCROSS任务，它是一个巨大的成功。通过研究进入阳光下的尘埃羽流的成分，科学家们能够发现几百磅水冰的迹象，这些水冰是在撞击中从月球表面释放出来的。这是支持以下观点的一个关键证据：数十亿年来，彗星在撞击月球表面时一直在向月球输送水和有机化合物。
　　然而，由于LCROSS火箭的陨石坑长期被阴影遮挡，Hayne和他的同事们十年来一直在努力确定这个埋藏的富冰层的深度。
　　用月球勘测轨道飞行器进行观察
　　即将发生的坠毁事故的意外实验将使行星科学家有机会在阳光下观察一个非常类似的撞击坑。这将是第一次看到LCROSS陨石坑的全部细节。
　　由于撞击将发生在月球的远侧，它将不被地球上的望远镜所看到。但是在撞击发生大约两周后，NASA的月球勘测轨道飞行器将开始瞥见这个撞击坑，因为它的轨道将它带到撞击区的上方。一旦条件合适，月球勘测轨道飞行器的相机将开始拍摄撞击地点的照片，分辨率约为每像素3英尺（1米）。其他空间机构的月球轨道飞行器也可能将其相机训练到陨石坑上。
　　撞击坑的形状和喷出的灰尘和岩石将有望揭示出火箭在撞击时的方向。垂直方向将产生一个更多的圆形特征，而不对称的碎片模式可能表明更多的是腹部翻转。模型显示，弹坑的直径可能在30到100英尺（10到30米）之间，深约6到10英尺（2到3米）。
　　撞击产生的热量也将是有价值的信息。如果观察的速度足够快，月球勘测轨道飞行器的红外仪器将有可能探测到陨石坑内发光的热物质。这可以用来计算出撞击产生的总热量。如果月球勘测轨道飞行器不能足够快地得到一个视图，高分辨率的图像可以用来估计陨石坑和碎片区的熔化物质的数量。
　　通过比较来自轨道飞行器的照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微妙变化。其中一些影响可以扩展到撞击坑半径的数百倍。
　　为什么这很重要
　　撞击坑和陨石坑的形成是太阳系中一个普遍存在的现象。陨石坑使行星外壳破碎，逐渐形成大多数无气世界常见的松散的颗粒状表层。然而，尽管这一过程非常普遍，但人们对这一过程的整体物理学却知之甚少。
　　观察即将到来的火箭撞击和由此产生的撞击坑可以帮助行星科学家更好地解释2009年LCROSS实验的数据，并产生更好的撞击模拟。由于在未来几年内有一队名副其实的任务计划访问月球，对月球表面特性的了解--特别是埋藏的冰的数量和深度--是非常需要的。
　　这一罕见的火箭撞击事件将提供新的见解，这可能被证明对未来月球和其他地方的任务的成功至关重要。