2022년 3월 4일에 외롭고 폐 로켓 부스터 가 거의 6,000mph(9,656kph) 의 속도로 달 표면에 충돌할 것 입니다. 먼지가 가라 앉으면 NASA의 Lunar Reconnaissance Orbiter 가 위치를 옮겨 연기가 나는 분화구를 가까이에서 볼 수 있으며 행성 충돌의 신비한 물리학에 대한 정보를 얻을 수 있기를 바랍니다.
달을 연구 하는 행성 과학자로서 저는 이 계획되지 않은 영향을 흥미로운 기회로 봅니다. 달은 태양계 역사 에 대한 확고한 증인 이었으며, 심하게 분화된 표면은 지난 40억 년 동안 수많은 충돌을 기록했습니다. 그러나 과학자들은 이러한 분화구 를 형성하는 발사체(보통 소행성 또는 혜성)를 거의 보지 못합니다 . 분화구를 만든 원인이 무엇인지 구체적으로 알지 못한다면 과학자들이 분화구를 연구함으로써 배울 수 있는 것은 극히 제한적입니다.
다가오는 로켓 충돌은 자연 충돌이 어떻게 행성 표면을 강타하고 샅샅이 뒤지는지에 대해 많은 것을 밝힐 수 있는 우연한 실험을 제공할 것입니다. 충격 물리학에 대한 더 깊은 이해는 연구원들이 달 의 황량한 풍경 과 영향이 지구와 다른 행성에 미치는 영향을 해석하는 데 큰 도움이 될 것입니다.
로켓이 달에 추락할 때
현재 달과의 충돌 경로에 있는 텀블링 물체 의 정확한 정체에 대해 약간의 논쟁 이 있었습니다 . 천문학자들은 그 물체가 높은 고도에서 발사된 위성에서 버려진 상부 부스터라는 것을 알고 있습니다. 길이는 대략 40피트(12미터)이고 무게는 거의 10,000파운드(4,500킬로그램)입니다. 증거는 그것이 2015년에 발사된 SpaceX 로켓 이거나 2014년에 발사된 중국 로켓 일 가능성이 있음을 시사 하지만, 양 당사자 는 소유권을 부인 했습니다.
로켓은 지구 에서 달의 반대편에 있는 수평선 바로 너머에 있는 거대한 헤르츠스프룽(Hertzsprung) 분화구 내의 광활한 불모의 평원 에 충돌할 것으로 예상됩니다 .
로켓이 달 표면에 닿은 직후 충격파는 발사체의 길이를 따라 초당 수 마일로 이동합니다. 몇 밀리초 이내에 로켓 선체의 뒤쪽 끝이 모든 방향으로 폭발하는 금속 조각으로 지워질 것입니다.
쌍둥이 충격파 는 표토라고 하는 달 표면 의 분말 최상층으로 아래로 이동합니다 . 충격의 압축은 먼지와 암석을 가열 하고 당시 해당 지역에 우주선이 있었다면 우주에서 볼 수 있는 백색 섬광을 생성합니다 . 기화된 암석과 금속의 구름은 충돌 지점에서 먼지로 팽창하고 모래 크기의 입자가 하늘로 던집니다. 몇 분에 걸쳐 분출된 물질은 현재 연기가 나는 분화구 주변의 표면으로 다시 비가 내릴 것입니다. 불운한 로켓에는 사실상 아무 것도 남지 않을 것입니다.
당신이 우주의 팬이라면 그 설명을 읽고 약간의 데자뷰를 경험했을 것입니다. NASA는 2009년에 유사한 실험을 수행했는데 달 분화구 관측 및 센싱 위성 (LCROSS)이 달 남쪽 근처에 영구적으로 그림자가 드리워진 분화구에 충돌했습니다. 폴. 저는 LCROSS 미션 에 참여했고, 대성공이었습니다. 과학자들은 햇빛으로 날아가는 먼지 기둥의 구성을 연구함으로써 충돌로 인해 달 표면에서 해방된 수백 파운드의 물 얼음의 흔적을 찾을 수 있었습니다. 이것은 수십억 년 동안 혜성이 물과 유기 화합물을 운반해 왔다는 생각을 뒷받침하는 중요한 증거였습니다.그들이 표면에 충돌할 때 달에.
그러나 LCROSS 로켓의 분화구는 그림자에 의해 영구적으로 가려지기 때문에 나와 동료들은 이 얼음이 풍부한 층의 깊이를 결정하기 위해 10년 동안 고심했습니다.
달 정찰 궤도선으로 관측
다가오는 충돌의 우연한 실험은 행성 과학자들에게 대낮에 매우 유사한 분화구를 관찰할 기회를 줄 것입니다. 처음으로 LCROSS 분화구를 자세히 보는 것과 같습니다.
충돌은 달의 뒷면에서 발생하기 때문에 지구 기반 망원경으로는 볼 수 없습니다. 그러나 충돌 후 약 2주 후에 NASA의 Lunar Reconnaissance Orbiter는 궤도가 충돌 영역 위로 이동하면서 분화구를 살짝 보기 시작할 것입니다. 조건이 맞으면 달 궤도선의 카메라 는 픽셀당 약 3피트(1미터)의 해상도로 충돌 지점의 사진을 찍기 시작합니다. 다른 우주 기관의 달 궤도선도 분화구에서 카메라를 훈련할 수 있습니다.
분화구의 모양과 분출된 먼지와 암석은 충돌 순간에 로켓이 어떻게 향하고 있었는지 밝혀줄 것입니다. 수직 방향은 더 원형의 형상을 생성하는 반면 비대칭 파편 패턴은 배꼽이 더 많이 떨어지는 것을 나타낼 수 있습니다. 모델에 따르면 분화구는 직경이 약 30~100피트(10~30미터)이고 깊이가 약 6~10피트(2~3미터)일 수 있습니다 .
충격으로 인해 발생하는 열량도 귀중한 정보가 될 것입니다. 관측이 충분히 신속하게 이루어질 수 있다면 달 궤도선의 적외선 장비 가 분화구 내부의 뜨겁게 타오르는 물질을 감지할 수 있을 가능성이 있습니다. 이것은 충격으로 인한 총 열량을 계산하는 데 사용할 수 있습니다. 궤도선이 충분히 빠르게 시야를 확보할 수 없는 경우 고해상도 이미지를 사용하여 분화구와 파편 지대에서 녹은 물질의 양을 추정할 수 있습니다.
과학자들은 궤도선의 카메라와 열 센서의 전후 이미지 를 비교 하여 표면의 다른 미묘한 변화를 찾을 것입니다. 이러한 효과 중 일부는 분화구 반경의 수백 배까지 확장 될 수 있습니다 .
이것이 중요한 이유
충돌과 분화구 형성은 태양계에 만연한 현상 입니다. 크레이터는 행성 지각을 산산조각내고 조각내며 점차적으로 대부분의 공기가 없는 세계 에서 흔히 볼 수 있는 느슨하고 세분화된 최상층을 형성합니다 . 그러나 이 과정의 전반적인 물리학은 그것이 얼마나 흔한 일에도 불구하고 제대로 이해되지 않고 있습니다.
다가오는 로켓 충돌과 그로 인한 분화구를 관찰하면 행성 과학자들이 2009년 LCROSS 실험의 데이터를 더 잘 해석하고 더 나은 충돌 시뮬레이션을 생성 하는 데 도움이 될 수 있습니다. 앞으로 몇 년 안에 달을 방문할 계획 인 임무 의 실질적인 지골과 함께 달 표면 속성, 특히 묻힌 얼음의 양과 깊이에 대한 지식에 대한 수요가 높습니다.
이 변덕스러운 로켓의 정체와 상관없이, 이 드문 충돌 사건은 달과 그 너머에 대한 미래 임무의 성공에 중요한 것으로 판명될 수 있는 새로운 통찰력을 제공할 것입니다.
폴 헤인( Paul Hayne )은 콜로라도 볼더 대학의 천체물리학 및 행성과학 조교수이다. 그는 미국 항공 우주국(National Aeronautics and Space Administration)으로부터 자금 지원을 받습니다.
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