2022年3月4日、孤独な使用済みロケットブースターが、時速6,000マイル（9,656 km）近くで月面に衝突します。ほこりが落ち着くと、NASAのルナーリコネサンスオービターは、くすぶっているクレーターを間近で見ることができる位置に移動し、惑星の衝撃の神秘的な物理学に光を当てることができればと思います。
月を研究する惑星科学者として、私はこの計画外の影響を刺激的な機会と見なしています。月は太陽系の歴史をしっかりと目撃しており、そのひどくクレーターのある表面は過去40億年にわたって無数の衝突を記録しています。ただし、科学者がこれらのクレーターを形成する発射体（通常は小惑星や彗星）を垣間見ることはめったにありません 。クレーターを作ったものの詳細を知らなくても、クレーターを研究することによって学ぶことができる科学者はそれほど多くありません。
今後のロケットの衝撃は、自然な衝突がどのように惑星の表面を打ち砕き、洗うかについて多くを明らかにすることができる偶然の実験を提供するでしょう。衝撃物理学をより深く理解することは、研究者が月の不毛の風景や、衝撃が地球や他の惑星に与える影響を解釈するのに大いに役立ちます。
ロケットが月に衝突したとき
現在月との衝突コースにあるタンブリングオブジェクトの正確なアイデンティティについては、いくつかの議論がありました。天文学者は、その物体が高高度衛星の打ち上げから廃棄された上段のブースターであることを知っています。長さは約40フィート（12メートル）、重さは約10,000ポンド（4,500キログラム）です。証拠は、2015年に打ち上げられたSpaceXロケットまたは2014年に打ち上げられた中国のロケットのいずれかである可能性が高いことを示唆していますが、両当事者は所有権を否定しています。
ロケットは、地球から月の裏側の地平線のすぐ上にある、巨大なヘルツシュプルングクレーター内の広大な不毛の平原に衝突すると予想されています。
ロケットが月面に接触した直後に、衝撃波が毎秒数マイルで発射体の長さを伝わります。ミリ秒以内に、ロケットの船体の後端は、あらゆる方向に爆発する金属片で破壊されます。
双子の衝撃波は、レゴリスと呼ばれる月の表面の粉末状の最上層に向かって下向きに伝わります。衝撃の圧縮は、ほこりや岩を加熱し、その時にその地域に工芸品があった場合に宇宙から見えるほてりを生成します。気化した岩や金属の雲が粉塵として衝撃点から膨張し、砂の大きさの粒子が空に向かって投げ出されます。数分の間に、放出された物質は、現在くすぶっているクレーターの周りの表面に雨が降ります。運命の悪いロケットには事実上何も残っていません。
あなたが宇宙のファンなら、その説明を読んでいるデジャヴを経験したかもしれません– NASAは 、月の南の近くの恒久的に影のあるクレーターに月のクレーター観測と感知衛星、またはLCROSSを意図的に衝突させたときに、2009年に同様の実験を行いましたポール。私はエルクロスの使命の一部でした、そしてそれは大成功でした。科学者たちは、太陽光に浮かび上がった塵のプルームの組成を研究することで、衝撃によって月の表面から放出された数百ポンドの水氷の兆候を見つけることができました。これは、何十億年もの間、彗星が水と有機化合物を供給してきたという考えを裏付ける重要な証拠でした。彼らが月の表面に衝突したとき、月に。
しかし、LCROSSロケットの火口は影によって永久に隠されているため、私の同僚と私は10年間、この埋められた氷が豊富な層の深さを決定するのに苦労してきました。
月面偵察オービターでの観測
次の墜落の偶然の実験は、惑星科学者に日光の下で非常に類似したクレーターを観察する機会を与えるでしょう。初めてLCROSSクレーターを詳細に見るようなものになります。
衝撃は月の裏側で発生するため、地球ベースの望遠鏡では見えなくなります。しかし、衝突から約2週間後、NASAのルナーリコネサンスオービターは、その軌道が衝突ゾーンの上を通過するときにクレーターを垣間見るようになります。条件が整うと、月のオービターのカメラは、ピクセルあたり約3フィート（1メートル）の解像度で衝突場所の写真の撮影を開始します。他の宇宙機関からのルナオービターも、クレーターでカメラを訓練することがあります。
クレーターの形状と放出された塵や岩は、衝突の瞬間にロケットがどのように方向付けられたかを明らかにするでしょう。垂直方向はより円形の特徴を生み出しますが、非対称の破片パターンはより多くの腹フロップを示している可能性があります。モデルによると、クレーターの直径は約30〜100フィート（10〜30メートル）、深さは約6〜10フィート（2〜3メートル）です。
衝撃から発生する熱量も貴重な情報になります。観測が十分に迅速に行われれば、月周回衛星の赤外線機器が火口内の熱く輝く物質を検出できる可能性があります。これは、衝撃からの総熱量を計算するために使用できます。オービターが十分な速さで視界を得ることができない場合は、高解像度の画像を使用して、クレーターとデブリフィールドで溶けた物質の量を推定することができます。
オービターのカメラと熱センサーからの前後の画像を比較することにより、科学者は表面への他の微妙な変化を探します。これらの効果のいくつかは、火口の半径の数百倍に及ぶ可能性があります。
これが重要な理由
衝撃とクレーターの形成は、太陽系に蔓延している現象です。クレーターは惑星の地殻を粉砕して断片化し、ほとんどの空気のない世界で一般的な緩くて粒状の最上層を徐々に形成します。ただし、このプロセスの全体的な物理学は、それがどれほど一般的であるにもかかわらず、よく理解されていません。
今後のロケットの衝撃とその結果生じるクレーターを観察することは、惑星科学者が2009年のLCROSS実験からのデータをよりよく解釈し、より良い衝撃シミュレーションを作成するのに役立つ可能性があります。今後数年間で月を訪問する予定のミッションの真のファランクスにより 、月面の特性、特に埋められた氷の量と深さに関する知識が強く求められています。
この厄介なロケットのアイデンティティに関係なく、このまれな衝突イベントは、月とそれ以降への将来のミッションの成功に不可欠であることが証明されるかもしれない新しい洞察を提供します。
ポール・ヘインは、コロラド大学ボルダー校の天体物理学および惑星科学の助教授です。彼は米国航空宇宙局から資金提供を受けています。
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