2022 年 3 月 4 日，一个孤独的、耗尽的火箭助推器将撞击月球表面时速接近 6,000 英里。一旦尘埃落定，NASA 月球勘测轨道飞行器将进入适当位置，近距离观察闷烧的陨石坑，并有望为了解行星撞击的神秘物理学提供一些线索。
作为一个研究月球的行星科学家，我认为这种计划外的影响是一个令人兴奋的机会。
它是太阳系历史的坚定见证者，其布满陨石坑的表面记录了过去 40 亿年来无数次的碰撞。然而，科学家们很少能看到那些射弹——通常是小行星或彗星——形成这些陨石坑。
在不知道陨石坑形成原因的具体情况下，科学家通过研究陨石坑所能了解到的信息是有限的。
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。
对撞击物理学的更深入了解将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。
当火箭坠毁在月球上时
有引起了一些争论超过确切的翻滚物体的身份目前正处于与月球相撞的轨道上。
天文学家知道该物体是高空卫星发射中废弃的上级助推器。它长约 40 英尺（12 米），重近 10,000 磅（4,500 公斤）。
有证据表明它是可能是 2015 年发射的 SpaceX 火箭或一个2014年中国火箭发射，但双方否认拥有权。
火箭预计将坠落广阔的贫瘠平原内巨大的赫茨普伦陨石坑，就在地平线上月球背面来自地球。
火箭接触月球表面后的一瞬间，冲击波将以每秒几英里的速度沿弹丸长度传播。在几毫秒内，火箭外壳的后端将被摧毁金属碎片向各个方向爆炸。
双冲击波将向下传播到粉末状的顶层月球表面称为风化层。撞击的压缩会加热灰尘和岩石，产生白热闪光如果当时该地区碰巧有一艘飞船，那么从太空中就可以看到它。
一团蒸发的岩石和金属将从撞击点膨胀，灰尘和沙子大小的颗粒被抛向天空。在几分钟的时间里，喷射出的物质将如雨点般落回现在闷烧的火山口周围的表面。事实上，这枚命运多舛的火箭将不复存在。
如果你是太空迷，读到这个描述你可能会有些似曾相识的感觉——NASA 在 2009 年进行了类似的实验，当时它故意月球陨石坑观测和传感卫星坠毁，或 LCROSS，进入月球南极附近永久阴影的陨石坑。
我曾是LCROSS使命，并且取得了巨大的成功。通过研究进入阳光的尘埃羽流的成分，科学家们能够发现几百磅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：数十亿年来，彗星一直在输送水和有机化合物当它们撞击月球表面时。
然而，由于 LCROSS 火箭的陨石坑永久被阴影遮盖，我和我的同事们花了十年的时间努力确定这个埋藏的富含冰层的深度。
使用月球勘测轨道飞行器进行观测
即将发生的撞击事件的意外实验将使行星科学家有机会在白天观察到一个非常相似的陨石坑。这就像第一次看到 LCROSS 陨石坑的全部细节一样。
由于撞击将发生在月球背面，因此地球望远镜将看不到它。但撞击后大约两周，美国宇航局的月球勘测轨道飞行器将开始看到陨石坑，因为它的轨道将其带到撞击区上方。
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，分辨率约为每像素 3 英尺（1 米）。其他航天机构的月球轨道飞行器也可能进行训练他们的相机在火山口上。
陨石坑的形状以及喷射的灰尘和岩石有望揭示火箭在撞击时的方向。垂直方向会产生更圆形的特征，而不对称的碎片图案可能表明更多的是腹部下垂。
模型表明该陨石坑可能位于周围任何地方直径 30 至 100 英尺（10 至 30 米），深约 6 至 10 英尺（2 至 3 米）。
撞击产生的热量也将是有价值的信息。如果能够足够快地进行观察，就有可能月球轨道飞行器的红外仪器将能够探测到陨石坑内炽热的物质。
这可以用来计算撞击产生的热量总量。如果轨道飞行器无法足够快地获得视野，则可以使用高分辨率图像来估计陨石坑和碎片场中熔化材料的数量。
通过比较之前和之后的图像通过轨道飞行器的相机和热传感器，科学家将寻找表面的任何其他细微变化。其中一些效果可以延伸数百倍于陨石坑半径。
为什么这很重要
撞击和陨石坑的形成是普遍现象在太阳系中。陨石坑破碎行星地壳，逐渐形成松散的颗粒状顶层，常见于最没有空气的世界。
然而，尽管这个过程很常见，但人们对它的整体物理原理却知之甚少。
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 年 LCROSS 实验的数据和产生更好的冲击模拟。
拥有名副其实的宣教方阵计划在未来几年访问月球，因此迫切需要了解月球表面特性（尤其是埋冰的数量和深度）。
无论这枚任性的火箭的身份如何，这次罕见的撞击事件都将提供新的见解，这可能对未来月球及其他地区任务的成功至关重要。
保罗·海恩，天体物理和行星科学助理教授，科罗拉多大学博尔德分校。
