4 марта 2022 года одинокая отработавшая ракета-носитель врежется в поверхность Луны на скорости почти 6000 миль в час (9656 км/ч). Как только пыль уляжется, орбитальный аппарат NASA Lunar Reconnaissance Orbiter займет позицию, чтобы получить близкое представление о тлеющем кратере и, надеюсь, прольет некоторый свет на загадочную физику планетарных столкновений.
Как планетолог, изучающий Луну , я рассматриваю это незапланированное столкновение как захватывающую возможность. Луна была стойким свидетелем истории Солнечной системы , ее покрытая кратерами поверхность зафиксировала бесчисленные столкновения за последние 4 миллиарда лет. Однако ученым редко удается увидеть снаряды — обычно это астероиды или кометы, — которые образуют эти кратеры . Не зная специфики того, что образовало кратер, ученые мало что могут узнать, изучая его.
Предстоящее столкновение с ракетой станет удачным экспериментом, который может многое рассказать о том, как естественные столкновения бьют и очищают планетарные поверхности. Более глубокое понимание физики ударов поможет исследователям интерпретировать бесплодный ландшафт Луны , а также влияние ударов на Землю и другие планеты.
Когда ракета падает на Луну
Были некоторые споры по поводу точной идентификации кувыркающегося объекта , который в настоящее время движется по курсу столкновения с Луной. Астрономы знают, что объект представляет собой ракету-носитель разгонного блока, сброшенную при запуске спутника на большой высоте. Это примерно 40 футов (12 метров) в длину и весит почти 10 000 фунтов (4500 кг). Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что это либо ракета SpaceX, запущенная в 2015 году, либо китайская ракета, запущенная в 2014 году, но обе стороны отрицают право собственности .
Ожидается, что ракета упадет на обширную бесплодную равнину внутри гигантского кратера Герцшпрунг , прямо над горизонтом на дальней от Земли стороне Луны .
Через мгновение после того, как ракета коснется лунной поверхности, ударная волна пройдет по всей длине снаряда со скоростью несколько миль в секунду. В течение миллисекунд задняя часть корпуса ракеты будет уничтожена кусками металла, разлетающимися во всех направлениях.
Двойная ударная волна пойдет вниз в рыхлый верхний слой поверхности Луны, называемый реголитом . Сжатие удара нагреет пыль и камни и создаст раскаленную добела вспышку , которую можно было бы увидеть из космоса, если бы в это время в этом районе находился корабль. Облако испарившейся породы и металла расширится от точки удара в виде пыли, а частицы размером с песок будут выброшены в небо. В течение нескольких минут выброшенный материал будет падать обратно на поверхность вокруг тлеющего кратера. От злополучной ракеты практически ничего не останется.
Если вы поклонник космоса, вы, возможно, испытали некоторое дежа вю, читая это описание — НАСА провело аналогичный эксперимент в 2009 году, когда намеренно разбило спутник наблюдения и зондирования лунного кратера , или LCROSS, в постоянно затененный кратер недалеко от лунного юга. столб. Я был частью миссии LCROSS , и она имела ошеломляющий успех. Изучая состав пылевого шлейфа, выброшенного на солнечный свет, ученые смогли обнаружить следы нескольких сотен фунтов водяного льда , которые были освобождены от поверхности Луны в результате удара. Это было важным доказательством в поддержку идеи о том, что на протяжении миллиардов лет кометы доставляли воду и органические соединения .на Луну, когда они разобьются о ее поверхность.
Однако из-за того, что кратер ракеты LCROSS постоянно закрыт тенями, мы с коллегами десять лет пытались определить глубину этого погребенного слоя, богатого льдом.
Наблюдение с помощью лунного разведывательного орбитального аппарата
Случайный эксперимент с предстоящей катастрофой даст планетарным ученым возможность наблюдать очень похожий кратер при свете дня. Это будет похоже на то, как если бы вы впервые увидели кратер LCROSS во всех подробностях.
Поскольку столкновение произойдет на обратной стороне Луны, оно будет вне поля зрения наземных телескопов. Но примерно через две недели после удара лунный разведывательный орбитальный аппарат НАСА начнет получать проблески кратера, поскольку его орбита проходит над зоной удара. Как только условия будут подходящими, камера лунного орбитального аппарата начнет делать фотографии места падения с разрешением около 3 футов (1 метр) на пиксель. Лунные орбитальные аппараты других космических агентств также могут направить свои камеры на кратер.
Мы надеемся, что форма воронки и выброшенная пыль и камни покажут, как ракета была ориентирована в момент удара. Вертикальная ориентация создаст более круглую форму, в то время как асимметричный рисунок обломков может указывать на большее сплющивание живота. Модели предполагают, что кратер может иметь диаметр от 30 до 100 футов (от 10 до 30 метров) и глубину от 6 до 10 футов (от 2 до 3 метров) .
Количество тепла, выделяемого при ударе, также будет ценной информацией. Если наблюдения будут проведены достаточно быстро, есть вероятность, что инфракрасный прибор лунного орбитального аппарата сможет обнаружить раскаленный материал внутри кратера. Это можно использовать для расчета общего количества тепла от удара. Если орбитальный аппарат не сможет получить изображение достаточно быстро, можно использовать изображения с высоким разрешением для оценки количества расплавленного материала в кратере и поле обломков.
Сравнивая изображения до и после с камеры орбитального аппарата и теплового датчика, ученые будут искать любые другие тонкие изменения на поверхности. Некоторые из этих эффектов могут в сотни раз превышать радиус кратера .
Почему это важно
Столкновения и образование кратеров — распространенное явление в Солнечной системе. Кратеры разрушают и фрагментируют планетарную кору, постепенно образуя рыхлый зернистый верхний слой, характерный для большинства безвоздушных миров . Однако общая физика этого процесса плохо изучена, несмотря на его распространенность.
Наблюдение за предстоящим ударом ракеты и образованием кратера может помочь ученым-планетологам лучше интерпретировать данные эксперимента LCROSS 2009 года и произвести более точное моделирование удара . Учитывая, что в ближайшие годы планируется посетить Луну целым рядом миссий , знания о свойствах лунной поверхности, особенно о количестве и глубине погребенного льда, пользуются большим спросом.
Независимо от личности этой своенравной ракеты, это редкое столкновение даст новую информацию, которая может оказаться решающей для успеха будущих миссий на Луну и дальше.
Пол Хейн — доцент кафедры астрофизики и планетарных наук Колорадского университета в Боулдере. Он получает финансирование от Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства.
Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Оригинал статьи можно найти здесь.
