月球最大撞擊坑散落“無價之寶”——“阿爾忒彌斯”任務(wù)或直奔目標(biāo)而去

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翻譯：劉海牧

校對：尹天任 王茸

審閱：牧夫天文校對組

美編：毫秒

后臺：李子琦

https://phys.org/news/2026-05-moon-largest-impact-crater-priceless.html

月球最大撞擊坑散落“無價之寶”

該圖展示了斜撞擊發(fā)生后的月殼厚度分布情況。

圖片來源：《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances, 2026）；DOI：10.1126/sciadv.aea1984。

《科學(xué)進(jìn)展》雜志最新發(fā)表的一項(xiàng)研究，進(jìn)一步揭示了月球表面最大且最古老撞擊坑的重要細(xì)節(jié)。該撞擊坑位于月球背面，綿延超過2000公里。據(jù)悉，這些最新發(fā)現(xiàn)將為美國宇航局（NASA）計劃于2028年實(shí)施的“阿爾忒彌斯”（Artemis）登月任務(wù)提供關(guān)鍵的規(guī)劃指導(dǎo)。

月球南極-艾特肯盆地 (South Pole–Aitken Basin)

南極-艾特肯（SPA）盆地是月球上已知面積最大、年代最久遠(yuǎn)的撞擊盆地。其獨(dú)特的錐形橢圓輪廓長期令科學(xué)界困惑不解，并引發(fā)了關(guān)于撞擊方向及性質(zhì)的廣泛爭議。目前的觀測證據(jù)呈現(xiàn)出一種“矛盾”：月殼內(nèi)部表現(xiàn)出的不對稱性暗示撞擊體可能采取了向北的運(yùn)動軌跡，而盆地的整體形狀與結(jié)構(gòu)特征則指向了向南的軌跡。

這項(xiàng)研究的作者表示：“月球以及火星、冥王星等固體天體上的大型盆地普遍呈橢圓形，且其形狀會沿撞擊去向逐漸收窄。鑒于南極-艾特肯盆地向南方收窄，北側(cè)月殼厚度梯度更陡，且盆地西南邊緣外存在富含釷和鐵的沉積物，這些證據(jù)共同支持了撞擊軌跡向南的觀點(diǎn)?！?/p>

撞擊方向進(jìn)一步?jīng)Q定了包括月幔物質(zhì)在內(nèi)的噴出物，在撞擊過程中及之后的落點(diǎn)位置。此前模型認(rèn)為，撞擊體的直徑約在200至400公里之間，撞擊角度為30°至45°。然而，過去的研究并未深入分析撞擊方向與南極-艾特肯盆地月殼厚度分布、錐形輪廓以及噴出物分布之間的內(nèi)在聯(lián)系。明確這些細(xì)節(jié)不僅有助于揭開月球演化史的奧秘，更能為包括“阿爾忒彌斯”（Artemis）計劃在內(nèi)的未來探月任務(wù)提供關(guān)鍵的規(guī)劃依據(jù)。

深度復(fù)盤：完善對月球演化史上關(guān)鍵事件的認(rèn)知

為了深入揭開南極-艾特肯盆地及其成因天體的神秘面紗，研究團(tuán)隊(duì)采用了高分辨率3D模擬技術(shù)，針對不同參數(shù)下的類月目標(biāo)撞擊過程進(jìn)行了深度建模。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員不僅對撞擊體的大小、角度和速度進(jìn)行了多變量調(diào)整，還特別模擬了“分異天體”（內(nèi)部已演化出致密核心與圈層的天體）與“未分異天體”的不同撞擊效果。通過將每一項(xiàng)模擬數(shù)據(jù)與實(shí)際觀測到的盆地特征進(jìn)行詳盡比對，該研究不僅有望精確還原月球早期的撞擊歷史，更將為包括“阿爾忒彌斯”（Artemis）計劃在內(nèi)的未來登月任務(wù)提供至關(guān)重要的規(guī)劃依據(jù)。

模擬結(jié)果顯示，最能合理解釋南極-艾特肯盆地形狀的成因是：一顆直徑約260公里的“分異天體”以較淺的角度由北向南撞擊，且并未完全穿透月面。研究人員指出，正是撞擊體內(nèi)部致密的核心，塑造了該盆地標(biāo)志性的收窄輪廓。模型進(jìn)一步還原了這一過程：物質(zhì)在撞擊瞬間被拋射，隨后瞬時撞擊坑在重力作用下發(fā)生坍縮，最終形成一個巨大的不對稱中央隆起，而大部分被拋出的月幔物質(zhì)又重新落回了盆地內(nèi)部。

撞擊天體的運(yùn)動速度直接決定了隕石坑的最終形態(tài)：模擬數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)速度為10公里/秒時，盆地的收窄特征表現(xiàn)得過于夸張，而當(dāng)速度提高至16公里/秒時，形成的坑體形狀則比真實(shí)的南極-艾特肯盆地更為圓潤，這意味著當(dāng)年撞擊物體的速度很可能介于這兩者之間，而這一速度區(qū)間也為進(jìn)一步追溯該天體的起源提供了重要線索。

研究結(jié)果顯示，13公里/秒的最佳擬合撞擊速度意味著，該天體在撞擊月球前正處于一條軌道傾角較低且與地球軌道類似的軌道上。結(jié)合早期殘余星子的碰撞與動力學(xué)演化規(guī)律來看，SPA撞擊體更有可能起源于火星區(qū)域，而非金星-地球區(qū)域；而在太陽系形成的早期階段，這些分布在火星區(qū)域的天體或是原位形成，或是通過某種機(jī)制被遷移至此。

月幔噴出物分布示意圖。

圖片來源：《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances, 2026）；DOI：10.1126/sciadv.aea1984。

“阿爾忒彌斯”（Artemis）的機(jī)會

這項(xiàng)研究的一大核心目標(biāo)在于明確南極-艾特肯盆地周圍月幔噴出物的分布規(guī)律，從而評估在未來探月任務(wù)中獲取樣本的可能性。模擬數(shù)據(jù)表明，這些噴出物呈現(xiàn)出獨(dú)特的“蝴蝶狀”分布格局：其中月幔物質(zhì)在順著撞擊方向可延伸至盆地邊緣外約550公里，橫向分布則達(dá)到約650公里，但在逆撞擊方向上卻并未發(fā)現(xiàn)月幔噴出物的蹤跡。

鑒于即將實(shí)施的“阿爾忒彌斯”（Artemis）登月任務(wù)計劃在月球南極地區(qū)、即南極-艾特肯盆地南緣附近著陸，研究團(tuán)隊(duì)表示，若模擬結(jié)果準(zhǔn)確，該任務(wù)極有希望實(shí)現(xiàn)對月幔樣本的采集。

研究團(tuán)隊(duì)指出，撞擊軌跡的判定直接決定了科學(xué)采樣的成?。喝舭创饲啊坝赡舷虮薄弊矒舻募僭O(shè)，阿爾忒彌斯任務(wù)在盆地邊緣外的著陸區(qū)將難覓月幔噴出物的蹤跡；但如果本次研究提出的“由北向南”軌跡正確，阿爾忒彌斯3號的著陸點(diǎn)將恰好處于撞擊的下風(fēng)向區(qū)域。這意味著，該任務(wù)極有可能直接降落在包含有月球早期被挖掘出的月幔物質(zhì)沉積層中，從而為人類獲取珍貴的月幔樣本提供絕佳契機(jī)。

研究團(tuán)隊(duì)指出，盡管目前采用的3D模擬分辨率已達(dá)較高水平，但仍可能忽略月殼形變及噴出物分布中的部分微觀細(xì)節(jié)。不過，隨著未來幾年“阿爾忒彌斯”計劃樣本的采集與返回，這些預(yù)測將有望得到直接驗(yàn)證。研究人員強(qiáng)調(diào)，這些珍貴的樣本不僅能幫助科學(xué)界鎖定南極-艾特肯盆地的確切形成年代，更將為進(jìn)一步揭示月幔的物質(zhì)成分提供關(guān)鍵證據(jù)。

責(zé)任編輯：楊宜修

牧夫新媒體編輯部

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浴火鳳凰

Cederblad 51（Ced 51）是一個位于獵戶座的發(fā)射與反射星云，在這張照片中呈現(xiàn)出一個驚人的鳳凰般的輪廓，配合背景中Ha信號帶來的紅色，猶如火焰中飛翔的鳳凰。

來源：中國國家天文——作者：萬亞光 / 地點(diǎn)：四川稻城 / 時間 ：2026年1月

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