據美國《太空新聞》和Phys.org科學網報道,一塊來自“獵鷹”9號火箭的上面級殘骸將于今年8月5日前后撞擊月球愛因斯坦環形山。據悉,這場由于火箭失控殘骸墜毀引發的“撞擊事件”已經被科學界重新定義為一場“被動式科學實驗”。
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報道指出,這個“搖搖欲墜”的火箭殘骸來自去年執行月球著陸器運載任務的一枚“獵鷹”9號火箭,當時,火箭將兩個月面著陸器送往月球軌道后,燃料最終耗盡后,相關殘骸既沒有辦法安全進入深空,也無法返回地球在大氣層中燒毀。
正所謂“無心插柳柳成蔭”,原本是一次被外界詬病的“太空事故”,因為不可多得的科學價值而“因禍得福”。
科學家們認為,“獵鷹”9號火箭殘骸與自然隕石撞擊的隨機性截然不同,該撞擊體的質量、速度、撞擊角度及入射方位均通過軌道遞推高度已知,因此撞擊過程的大量數據可供觀測,這相當于向月球投放了一個參數明確的“人工可控震源”,其科學價值陡然上升。
因此,國外媒體認為,該事件在天體動力學上是一次難以復刻的“攜帶特定邊界條件的沖擊波實驗”,因而備受各方關注。
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也就是說,這次撞擊為實時記錄人工撞擊月球提供了一次難得的觀測機會,有助于未來在月球實施月震實驗做好方案準備。
值得注意的是,撞擊激發的月震波將穿過愛因斯坦環形山附近可能存在的月殼厚度突變區(月殼層突然增大)。通過推演撞擊時刻激發的彈性波傳播時差與衰減特征,科學界可將“阿波羅”登月計劃遺留的月殼分層模型從十公里級精進至百米級,尤其針對月海玄武巖與高地斜長巖的過渡帶力學性質,提供了良好的“硬約束”條件,為研究月球形成機制提高了良好的實驗條件。
簡單講,科學家希望借助這次撞擊深度了解月殼的淺層結構,同時獲得月殼分層的百米級超高分辨率層析成像。在此之前,人類已知的月殼分層模型還是上世紀70年代的“阿波羅登月計劃”留下的遺產(在月表遺留了4臺月震儀),而當時的成像分辨率為20公里級。
而讓科學家們興奮的是,此次撞擊的愛因斯坦環形山附近,恰好位于月球正面高地與月海邊緣的過渡地帶。這意味著撞擊坑挖掘出的大量物質,很可能同時混雜著上覆的玄武巖碎屑和下伏的斜長巖基底碎片。
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科學家通過分析撞擊坑的最終形態和濺射物中兩種巖屑的比例,結合高速攝像記錄到的數據,反推沖擊波在這個邊界上損失了多少能量,最終通過這些實測數據,將使得月球地殼演化模型中的大量參數必須加以修正,甚至有可能因為新的觀測數據,將之前人類對于月球的認識徹底推翻。
打個通俗比喻,以前我們只知道“這堵墻大概是水泥(玄武巖)和泡沫磚(斜長巖)砌的”,通過遙感數據我們只能猜它的結實程度。現在用4噸重的鐵錘(火箭殘骸)狠狠砸下去,通過聽回聲(地震波)和看砸出的碎屑(濺射物),我們就能強行測量出水泥和泡沫磚之間那道“粘合縫”的真實抗剪強度。
這個實測數值就是所謂的“硬約束”。它堵死了此前所有理論模型的猜測空間,讓后續月震實驗的儀器設計和著陸器緩沖方案有了可靠的物理支撐。
天然小行星為致密固態,而該上面級為鋁合金薄壁壓力容器。當前科學界的數值模擬對低強度、大尺度空心靶體的撞擊破碎閾值存在較大爭議。
而此次撞擊事件為科學界提供了一個罕見的“極低耦合效率”碰撞基準,撞擊體(火箭上面級殘骸)在接觸月壤瞬間將發生漸進式壓潰,其能量耦合預計遠低于實心隕石。
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而這一物理模型的更新對未來人類空間站廢棄艙段的受控墜落設計具有重要的工程意義。
總體上來說,此次撞擊事件在客觀上是一次“由商業航天活動偶然觸發的、行星科學領域不可復制的自然實驗”。其最大意義在于倒逼科學界利用既定事故,建立一套涵蓋碰撞物理、軌道預測的深空事件應急觀測。無論最終月震數據是否成功回傳,該事件本身已成為人類地月空間活動監管能力與快速科學響應機制的試金石。
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