4 marca 2022 r. samotny, zużyty silnik rakietowy uderzy w powierzchnię Księżyca z prędkością prawie 6000 mil na godzinę (9656 km/h). Gdy kurz opadnie, Lunar Reconnaissance Orbiter NASA przesunie się na pozycję, aby przyjrzeć się z bliska tlącemu się kraterowi i, miejmy nadzieję, rzucić trochę światła na tajemniczą fizykę uderzeń planet.
Jako naukowiec zajmujący się planetami, który bada Księżyc , postrzegam ten nieplanowany wpływ jako ekscytującą okazję. Księżyc był niezłomnym świadkiem historii Układu Słonecznego , jego pokryta kraterami powierzchnia rejestrowała niezliczone kolizje w ciągu ostatnich 4 miliardów lat. Jednak naukowcy rzadko dostrzegają pociski – zwykle asteroidy lub komety – które tworzą te kratery . Nie znając szczegółów tego, co stworzyło krater, naukowcy mogą dowiedzieć się tylko tyle, studiując jeden z nich.
Zbliżające się uderzenie rakiety zapewni przypadkowy eksperyment, który może ujawnić wiele na temat tego, jak naturalne kolizje uderzają i niszczą powierzchnie planet. Głębsze zrozumienie fizyki uderzeń znacznie pomoże naukowcom w interpretacji jałowego krajobrazu księżyca , a także skutków, jakie oddziaływania wywierają na Ziemię i inne planety.
Kiedy rakieta rozbija się na Księżycu
Odbyła się pewna debata na temat dokładnej tożsamości spadającego obiektu, który obecnie znajduje się na kursie kolizyjnym z księżycem. Astronomowie wiedzą, że obiekt jest wzmacniaczem wyższego stopnia wyrzuconym z satelity na dużej wysokości. Ma około 12 metrów długości i waży prawie 4500 kilogramów. Dowody sugerują, że jest to prawdopodobnie albo rakieta SpaceX wystrzelona w 2015 roku , albo chińska rakieta wystrzelona w 2014 roku, ale obie strony odmówiły prawa własności .
Oczekuje się, że rakieta zderzy się z rozległą jałową równiną w gigantycznym kraterze Hertzsprunga , tuż nad horyzontem po drugiej stronie Księżyca od Ziemi.
Chwilę po tym, jak rakieta dotknie powierzchni Księżyca, fala uderzeniowa przesunie się wzdłuż długości pocisku z prędkością kilku mil na sekundę. W ciągu milisekund tylny koniec kadłuba rakiety zostanie zniszczony przez kawałki metalu eksplodujące we wszystkich kierunkach.
Podwójna fala uderzeniowa popłynie w dół do pylistej górnej warstwy powierzchni Księżyca zwanej regolitem . Kompresja uderzenia rozgrzeje pył i skały i wygeneruje rozgrzany do białości błysk , który byłby widoczny z kosmosu, gdyby w tym czasie w okolicy znajdował się statek. Chmura odparowanej skały i metalu rozszerzy się z punktu uderzenia w postaci pyłu, a cząstki wielkości piasku zostaną wyrzucone w niebo. W ciągu kilku minut wyrzucony materiał opadnie z powrotem na powierzchnię wokół tlącego się teraz krateru. Praktycznie nic nie pozostanie z nieszczęsnej rakiety.
Jeśli jesteś fanem kosmosu, być może doznałeś déjà vu czytając ten opis – NASA przeprowadziła podobny eksperyment w 2009 roku, kiedy celowo rozbił Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS) w stale zacieniony krater w pobliżu południa Księżyca Polak. Byłem częścią misji LCROSS i był to miażdżący sukces. Badając skład pióropusza pyłu unoszącego się w słońcu, naukowcy byli w stanie znaleźć ślady kilkuset funtów lodu wodnego , który został uwolniony z powierzchni księżyca w wyniku uderzenia. Był to kluczowy dowód na poparcie tezy, że od miliardów lat komety dostarczają wodę i związki organicznena księżyc, kiedy rozbiją się na jego powierzchni.
Jednakże, ponieważ krater rakiety LCROSS jest stale zasłonięty przez cienie, moi koledzy i ja przez dekadę walczyliśmy o określenie głębokości tej zakopanej, bogatej w lód warstwy.
Obserwacje za pomocą Lunar Reconnaissance Orbiter
Przypadkowy eksperyment nadchodzącej katastrofy da planetologom szansę zaobserwowania w świetle dnia bardzo podobnego krateru. Będzie to tak, jakby po raz pierwszy zobaczyć krater LCROSS ze wszystkimi szczegółami.
Ponieważ uderzenie nastąpi po drugiej stronie Księżyca, będzie niewidoczne dla teleskopów na Ziemi. Ale około dwa tygodnie po uderzeniu, Lunar Reconnaissance Orbiter NASA zacznie dostrzegać krater, gdy jego orbita przeniesie go nad strefę uderzenia. Gdy warunki będą odpowiednie, kamera księżycowego orbitera zacznie robić zdjęcia miejsca uderzenia z rozdzielczością około 3 stóp (1 metr) na piksel. Orbitery księżycowe z innych agencji kosmicznych mogą również ustawiać swoje kamery na kraterze.
Miejmy nadzieję, że kształt krateru oraz wyrzuconego pyłu i skał pokaże, w jaki sposób rakieta była zorientowana w momencie uderzenia. Orientacja pionowa da bardziej okrągłą cechę, podczas gdy asymetryczny wzór szczątków może wskazywać na większy opad brzucha. Modele sugerują, że krater może mieć średnicę od 10 do 30 metrów i głębokość od 2 do 3 metrów .
Cenną informacją będzie również ilość ciepła wytworzonego w wyniku uderzenia. Jeśli obserwacje można przeprowadzić wystarczająco szybko, istnieje możliwość, że instrument na podczerwień orbitera księżycowego będzie w stanie wykryć rozżarzoną materię wewnątrz krateru. Można to wykorzystać do obliczenia całkowitej ilości ciepła z uderzenia. Jeśli orbiter nie może uzyskać widoku wystarczająco szybko, obrazy o wysokiej rozdzielczości można wykorzystać do oszacowania ilości stopionej materii w polu krateru i szczątków.
Porównując obrazy przed i po z kamery orbitera i czujnika ciepła, naukowcy będą szukać wszelkich innych subtelnych zmian na powierzchni. Niektóre z tych efektów mogą rozciągać się setki razy w promieniu krateru .
Dlaczego to jest ważne
Uderzenia i powstawanie kraterów są powszechnym zjawiskiem w Układzie Słonecznym. Kratery rozbijają i rozbijają skorupę planetarną, stopniowo tworząc luźną, ziarnistą górną warstwę, powszechną na większości planet pozbawionych powietrza . Jednak ogólna fizyka tego procesu jest słabo poznana, pomimo jego powszechności.
Obserwacja nadchodzącego uderzenia rakiety i wynikającego z niego krateru może pomóc planetologom w lepszej interpretacji danych z eksperymentu LCROSS 2009 i tworzeniu lepszych symulacji uderzeń . Biorąc pod uwagę prawdziwą falangę misji planowanych do odwiedzenia Księżyca w nadchodzących latach, wiedza na temat właściwości powierzchni Księżyca – zwłaszcza ilości i głębokości zakopanego lodu – jest bardzo potrzebna.
Niezależnie od tożsamości tej krnąbrnej rakiety, to rzadkie zdarzenie uderzeniowe dostarczy nowych spostrzeżeń, które mogą okazać się kluczowe dla powodzenia przyszłych misji na Księżyc i nie tylko.
Paul Hayne jest adiunktem nauk astrofizycznych i planetarnych na University of Colorado Boulder. Otrzymuje finansowanie z Narodowej Agencji Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej.
Ten artykuł został ponownie opublikowany z The Conversation na licencji Creative Commons. Oryginalny artykuł znajdziesz tutaj.
