Vào ngày 4 tháng 3 năm 2022, một tên lửa đẩy đã qua sử dụng đơn độc sẽ lao vào bề mặt của mặt trăng với vận tốc gần 6.000 dặm / giờ (9.656 km / giờ). Khi lớp bụi đã lắng xuống, Tàu quỹ đạo do thám Mặt Trăng của NASA sẽ di chuyển vào vị trí để có cái nhìn cận cảnh về miệng núi lửa đang âm ỉ và hy vọng làm sáng tỏ vật lý bí ẩn về các tác động của hành tinh.
Là một nhà khoa học hành tinh nghiên cứu về mặt trăng , tôi coi tác động không có kế hoạch này là một cơ hội thú vị. Mặt trăng là nhân chứng kiên định cho lịch sử hệ mặt trời , bề mặt dày cộp của nó ghi lại vô số vụ va chạm trong 4 tỷ năm qua. Tuy nhiên, các nhà khoa học hiếm khi có được cái nhìn thoáng qua về các đường đạn - thường là tiểu hành tinh hoặc sao chổi - hình thành nên những miệng núi lửa này . Không biết chi tiết cụ thể về những gì đã tạo ra một miệng núi lửa, chỉ có rất nhiều nhà khoa học có thể tìm hiểu bằng cách nghiên cứu một miệng núi lửa.
Vụ va chạm tên lửa sắp tới sẽ cung cấp một thí nghiệm tình cờ có thể tiết lộ nhiều điều về cách các vụ va chạm tự nhiên tác động và lùng sục bề mặt hành tinh. Hiểu biết sâu hơn về vật lý tác động sẽ giúp các nhà nghiên cứu giải thích được cảnh quan cằn cỗi của mặt trăng và những tác động ảnh hưởng đến Trái đất và các hành tinh khác.
Khi tên lửa đâm vào mặt trăng
Đã có một số cuộc tranh luận về danh tính chính xác của vật thể đang nhào lộn hiện đang trong hành trình va chạm với mặt trăng. Các nhà thiên văn học biết rằng vật thể này là một bộ tăng áp tầng trên bị loại bỏ sau một vụ phóng vệ tinh ở độ cao lớn. Nó dài khoảng 12 mét (12 mét) và nặng gần 10.000 pound (4.500 kg). Nhiều bằng chứng cho thấy nhiều khả năng đó là tên lửa SpaceX được phóng vào năm 2015 hoặc tên lửa của Trung Quốc phóng vào năm 2014 , nhưng cả hai bên đều phủ nhận quyền sở hữu .
Tên lửa dự kiến sẽ lao xuống vùng đồng bằng cằn cỗi rộng lớn bên trong miệng núi lửa Hertzsprung khổng lồ , ngay phía trên đường chân trời ở phía xa của mặt trăng so với Trái đất.
Ngay sau khi tên lửa chạm vào bề mặt Mặt Trăng, một sóng xung kích sẽ truyền theo chiều dài của đường đạn với tốc độ vài dặm / giây. Trong vòng mili giây, phần cuối phía sau của thân tên lửa sẽ bị phá hủy với các mảnh kim loại phát nổ theo mọi hướng.
Một sóng xung kích kép sẽ truyền xuống lớp bột trên cùng của bề mặt Mặt trăng được gọi là regolith . Sức nén của va chạm sẽ làm bụi và đá nóng lên và tạo ra một tia lửa nóng màu trắng có thể nhìn thấy từ không gian nếu tình cờ có một nghề thủ công nào đó trong khu vực vào thời điểm đó. Một đám mây đá và kim loại bốc hơi sẽ nở ra từ điểm va chạm khi bụi và các hạt có kích thước như cát bị ném lên trời. Trong vài phút, vật chất bị đẩy ra sẽ mưa trở lại bề mặt xung quanh miệng núi lửa hiện đang âm ỉ. Hầu như không còn gì của tên lửa xấu số.
Nếu bạn là người yêu thích không gian, bạn có thể đã trải qua một số kinh nghiệm khi đọc mô tả đó - NASA đã thực hiện một thí nghiệm tương tự vào năm 2009 khi cố tình đâm Vệ tinh quan sát và cảm biến miệng núi lửa , hoặc LCROSS, vào một miệng núi lửa bị che khuất vĩnh viễn gần phía nam Mặt Trăng cây sào. Tôi là một phần của nhiệm vụ LCROSS , và đó là một thành công vang dội. Bằng cách nghiên cứu thành phần của chùm bụi bám vào ánh sáng mặt trời, các nhà khoa học có thể tìm thấy dấu hiệu của một khối băng nước nặng vài trăm pound đã được giải phóng khỏi bề mặt mặt trăng do va chạm. Đây là một bằng chứng quan trọng hỗ trợ ý tưởng rằng trong hàng tỷ năm, sao chổi đã cung cấp nước và các hợp chất hữu cơlên mặt trăng khi chúng va chạm trên bề mặt của nó.
Tuy nhiên, vì miệng núi lửa của tên lửa LCROSS bị che khuất vĩnh viễn bởi bóng tối, tôi và các đồng nghiệp đã phải vật lộn trong suốt một thập kỷ để xác định độ sâu của lớp giàu băng bị chôn vùi này.
Quan sát bằng tàu quỹ đạo do thám Mặt Trăng
Thí nghiệm tình cờ về vụ va chạm sắp tới sẽ cho các nhà khoa học hành tinh cơ hội quan sát một miệng núi lửa rất giống trong ánh sáng ban ngày. Nó sẽ giống như lần đầu tiên nhìn thấy đầy đủ chi tiết miệng núi lửa LCROSS.
Vì va chạm sẽ xảy ra ở phía xa của mặt trăng, nó sẽ nằm ngoài tầm quan sát của các kính thiên văn trên Trái đất. Nhưng khoảng hai tuần sau vụ va chạm, Tàu quỹ đạo do thám Mặt trăng của NASA sẽ bắt đầu nhìn thoáng qua về miệng núi lửa khi quỹ đạo của nó đưa nó lên trên vùng va chạm. Khi các điều kiện phù hợp, máy ảnh của quỹ đạo mặt trăng sẽ bắt đầu chụp ảnh vị trí va chạm với độ phân giải khoảng 3 feet (1 mét) trên mỗi pixel. Các tàu quỹ đạo Mặt Trăng từ các cơ quan không gian khác cũng có thể huấn luyện máy ảnh của họ trên miệng núi lửa.
Hình dạng của miệng núi lửa và bụi và đá phóng ra hy vọng sẽ tiết lộ cách định hướng tên lửa tại thời điểm va chạm. Hướng thẳng đứng sẽ tạo ra đặc điểm hình tròn hơn, trong khi mô hình mảnh vỡ không đối xứng có thể cho thấy nhiều điểm rơi bụng hơn. Các mô hình cho thấy miệng núi lửa có thể có đường kính từ khoảng 30 đến 100 feet (10 đến 30 mét) và sâu khoảng 6 đến 10 feet (2 đến 3 mét) .
Lượng nhiệt tỏa ra từ va chạm cũng sẽ là thông tin có giá trị. Nếu các quan sát có thể được thực hiện đủ nhanh, có khả năng thiết bị hồng ngoại của quỹ đạo mặt trăng sẽ có thể phát hiện vật liệu nóng phát sáng bên trong miệng núi lửa. Điều này có thể được sử dụng để tính toán tổng lượng nhiệt từ vụ va chạm. Nếu tàu quỹ đạo không thể nhìn đủ nhanh, hình ảnh có độ phân giải cao có thể được sử dụng để ước tính lượng vật chất tan chảy trong miệng núi lửa và trường mảnh vỡ.
Bằng cách so sánh hình ảnh trước và sau từ camera của quỹ đạo và cảm biến nhiệt, các nhà khoa học sẽ tìm kiếm bất kỳ thay đổi tinh vi nào khác trên bề mặt. Một số hiệu ứng này có thể kéo dài hàng trăm lần bán kính của miệng núi lửa .
Tại sao điều này lại quan trọng
Các tác động và sự hình thành miệng núi lửa là một hiện tượng phổ biến trong hệ mặt trời. Các miệng núi lửa làm vỡ và phân mảnh lớp vỏ hành tinh, dần dần hình thành lớp trên cùng lỏng lẻo, dạng hạt phổ biến trên hầu hết các thế giới không có không khí . Tuy nhiên, vật lý tổng thể của quá trình này vẫn chưa được hiểu rõ mặc dù nó phổ biến như thế nào.
Việc quan sát vụ va chạm tên lửa sắp tới và kết quả là miệng núi lửa có thể giúp các nhà khoa học hành tinh giải thích tốt hơn dữ liệu từ thí nghiệm LCROSS năm 2009 và tạo ra các mô phỏng va chạm tốt hơn . Với một loạt các sứ mệnh thực sự được lên kế hoạch thăm mặt trăng trong những năm tới, kiến thức về các đặc tính bề mặt Mặt trăng - đặc biệt là số lượng và độ sâu của băng bị chôn vùi - đang có nhu cầu cao.
Bất kể danh tính của tên lửa ngỗ ngược này như thế nào, sự kiện va chạm hiếm hoi này sẽ cung cấp những hiểu biết mới có thể chứng minh quan trọng đối với sự thành công của các sứ mệnh lên mặt trăng trong tương lai và hơn thế nữa.
Paul Hayne là trợ lý giáo sư khoa học vật lý thiên văn và hành tinh tại Đại học Colorado Boulder. Anh nhận được tài trợ từ Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc gia.
Bài viết này được xuất bản lại từ The Conversation theo giấy phép Creative Commons. Bạn có thể tìm thấy bài báo gốc ở đây.
