ในวันที่ 4 มีนาคม พ.ศ. 2565 ยานเสริมจรวดที่ใช้แล้วอย่างโดดเดี่ยวจะพุ่งชนพื้นผิวดวงจันทร์ด้วยความเร็วเกือบ 6,000 ไมล์ต่อชั่วโมง (9,656 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) เมื่อฝุ่นจางลงแล้วLunar Reconnaissance Orbiter ของ NASAจะเคลื่อนเข้าสู่ตำแหน่งเพื่อดูปล่องภูเขาไฟที่กำลังคุกรุ่นอย่างใกล้ชิด และหวังว่าจะให้ความกระจ่างเกี่ยวกับฟิสิกส์ลึกลับของการกระทบของดาวเคราะห์
ในฐานะนักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ที่ศึกษาดวงจันทร์ฉันมองว่าผลกระทบที่ไม่ได้วางแผนไว้นี้เป็นโอกาสที่น่าตื่นเต้น ดวงจันทร์เป็นพยานที่แน่วแน่ต่อ ประวัติศาสตร์ของ ระบบสุริยะพื้นผิวที่มีหลุมอุกกาบาตอย่างหนัก บันทึกการชนกันนับไม่ถ้วนตลอด 4 พันล้านปีที่ผ่านมา อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์แทบจะมองไม่เห็นโพรเจกไทล์ ซึ่งมักจะเป็นดาวเคราะห์น้อยหรือดาวหาง ซึ่ง ก่อตัวเป็นหลุมอุกกาบาตเหล่านี้ โดยไม่ทราบรายละเอียดเฉพาะของสิ่งที่สร้างปล่องภูเขาไฟ มีเพียงนักวิทยาศาสตร์จำนวนมากเท่านั้นที่สามารถเรียนรู้ได้จากการศึกษา
ผลกระทบของจรวดที่จะเกิดขึ้นจะเป็นการทดลองโดยบังเอิญที่สามารถเปิดเผยได้มากมายเกี่ยวกับการชนตามธรรมชาติกระแทกกระแทกและกัดเซาะพื้นผิวของดาวเคราะห์ ความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับฟิสิกส์ของผลกระทบจะช่วยให้นักวิจัยตีความภูมิประเทศที่แห้งแล้งของดวงจันทร์และผลกระทบที่มีต่อโลกและดาวเคราะห์ดวงอื่นได้เป็นอย่างมาก
เมื่อจรวดพุ่งชนดวงจันทร์
มีการถกเถียงกันถึงตัวตนที่แท้จริงของวัตถุไม้ลอยที่กำลังชนกับดวงจันทร์อยู่ในขณะนี้ นักดาราศาสตร์ทราบดีว่าวัตถุดังกล่าวเป็นเครื่องเร่งอนุภาคบนซึ่งถูกละทิ้งจากการปล่อยดาวเทียมในระดับสูง มีความยาวประมาณ 40 ฟุต (12 เมตร) และหนักเกือบ 10,000 ปอนด์ (4,500 กิโลกรัม) หลักฐานแสดงให้เห็นว่ามีแนวโน้มว่าจรวด SpaceX จะเปิดตัวในปี 2015หรือจรวดของจีนที่เปิดตัวในปี 2014แต่ทั้งสองฝ่ายปฏิเสธความเป็นเจ้าของ
คาดว่าจรวดจะชนเข้ากับที่ราบแห้งแล้งอันกว้างใหญ่ภายในปล่องเฮิรตซ์สปริงขนาดยักษ์ซึ่งอยู่เหนือขอบฟ้าด้านไกลของดวงจันทร์จากโลก
ทันทีที่จรวดสัมผัสพื้นผิวดวงจันทร์ คลื่นกระแทกจะเดินทางขึ้นไปตามความยาวของโพรเจกไทล์ด้วยความเร็วหลายไมล์ต่อวินาที ภายในเสี้ยววินาที ส่วนท้ายของตัวเรือจรวดจะถูกทำลายด้วยเศษโลหะที่ระเบิดในทุกทิศทาง
คลื่นกระแทกแฝดจะเคลื่อนที่ลงไปที่ชั้นบนสุดที่เป็นแป้งของพื้นผิวดวงจันทร์ที่เรียกว่าเรโกลิธ การบีบอัดของผลกระทบจะทำให้ฝุ่นและหินร้อนขึ้น และสร้างแสงแฟลชสีขาวที่สามารถมองเห็นได้จากอวกาศหากมียานในพื้นที่ในขณะนั้น เมฆของหินและโลหะที่ระเหยกลายเป็นไอจะขยายตัวจากจุดที่กระทบเป็นฝุ่น และอนุภาคขนาดเท่าทรายจะถูกโยนขึ้นไปบนฟ้า เมื่อเวลาผ่านไปหลายนาที วัสดุที่พุ่งออกมาจะตกกลับลงมาที่พื้นผิวรอบปล่องที่ระอุในขณะนี้ จรวดที่โชคร้ายนั้นแทบจะไม่เหลืออะไรเลย
หากคุณเป็นแฟนของอวกาศ คุณอาจเคยประสบกับเดจาวูที่อ่านคำอธิบายนั้นมาก่อน – NASA ได้ทำการทดลองที่คล้ายกันในปี 2009 โดยตั้งใจให้มัน ชนกับ Lunar Crater Observation and Sensing Satelliteหรือ LCROSS เข้าไปในปล่องภูเขาไฟที่มีเงามืดถาวรใกล้กับทางใต้ของดวงจันทร์ เสา. ฉันเป็นส่วนหนึ่งของภารกิจ LCROSSและประสบความสำเร็จอย่างยอดเยี่ยม นักวิทยาศาสตร์สามารถค้นพบสัญญาณของน้ำแข็งน้ำสองสามร้อยปอนด์ซึ่งได้รับการปลดปล่อยจากพื้นผิวดวงจันทร์โดยผลกระทบ นี่เป็นหลักฐานชิ้นสำคัญที่สนับสนุนแนวคิดที่ว่าดาวหางได้ส่งน้ำและสารประกอบอินทรีย์ มาเป็นเวลาหลายพันล้านปีไปดวงจันทร์เมื่อมันตกบนพื้นผิวของมัน
อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปล่องของจรวด LCROSS ถูกเงาบดบังอย่างถาวร เพื่อนร่วมงานของฉันและฉันจึงต้องดิ้นรนเป็นเวลาสิบปีเพื่อหาความลึกของชั้นน้ำแข็งที่ฝังอยู่นี้
การสังเกตด้วยยานสำรวจดวงจันทร์
การทดลองโดยไม่ได้ตั้งใจของการชนที่จะเกิดขึ้นจะทำให้นักวิทยาศาสตร์ของดาวเคราะห์มีโอกาสสังเกตหลุมอุกกาบาตที่คล้ายกันมากในเวลากลางวัน รู้สึกเหมือนได้เห็นหลุมอุกกาบาต LCROSS แบบละเอียดเป็นครั้งแรก
เนื่องจากผลกระทบจะเกิดขึ้นที่ด้านไกลของดวงจันทร์ กล้องโทรทรรศน์บนพื้นโลกจะไม่สามารถมองเห็นได้ แต่ประมาณสองสัปดาห์หลังจากการชน ยานอวกาศ Lunar Reconnaissance Orbiter ของ NASA จะเริ่มมองเห็นปล่องภูเขาไฟในขณะที่วงโคจรของมันอยู่เหนือเขตกระทบ เมื่อเงื่อนไขถูกต้องกล้องของยานอวกาศจะเริ่มถ่ายภาพจุดที่กระทบด้วยความละเอียดประมาณ 3 ฟุต (1 เมตร) ต่อพิกเซล โคจรรอบดวงจันทร์จากหน่วยงานอวกาศอื่น ๆ อาจฝึกกล้องของพวกเขาบนปล่องภูเขาไฟ
รูปร่างของปล่องภูเขาไฟและฝุ่นและหินที่พุ่งออกมาจะเผยให้เห็นว่าจรวดมีการวางแนวอย่างไรในขณะที่กระทบ การวางแนวแนวตั้งจะทำให้มีลักษณะเป็นวงกลมมากขึ้น ในขณะที่รูปแบบเศษซากที่ไม่สมมาตรอาจบ่งบอกถึงภาวะพุงยุบมากกว่า โมเดลแนะนำว่าปล่องภูเขาไฟอาจมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ30 ถึง 100 ฟุต (10 ถึง 30 เมตร) และลึกประมาณ 6 ถึง 10 ฟุต (2 ถึง 3 เมตร )
ปริมาณความร้อนที่เกิดจากผลกระทบจะเป็นข้อมูลที่มีค่าเช่นกัน หากสามารถสังเกตการณ์ได้เร็วพอ ก็มีความเป็นไปได้ที่เครื่องมืออินฟราเรดของโคจรรอบดวงจันทร์จะสามารถตรวจจับวัตถุที่ร้อนจัดภายในปล่องภูเขาไฟได้ สามารถใช้คำนวณปริมาณความร้อนทั้งหมดจากการกระแทกได้ หากยานอวกาศไม่สามารถมองเห็นได้เร็วพอ ก็สามารถใช้ภาพที่มีความละเอียดสูงเพื่อประเมินปริมาณของวัสดุที่หลอมละลายในหลุมอุกกาบาตและแหล่งเศษซากได้
โดยการเปรียบเทียบภาพก่อนและหลังจากกล้องของยานอวกาศกับเซ็นเซอร์ความร้อน นักวิทยาศาสตร์จะมองหาการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ บนพื้นผิว เอ ฟเฟกต์เหล่านี้บางส่วนสามารถขยายรัศมีของปล่องภูเขาไฟได้ หลายร้อยเท่า
ทำไมสิ่งนี้จึงสำคัญ
ผลกระทบและการก่อตัวของปล่องภูเขาไฟเป็นปรากฏการณ์ที่แพร่หลายในระบบสุริยะ หลุมอุกกาบาตแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยของเปลือกโลกของดาวเคราะห์ ค่อยๆ ก่อตัวเป็นชั้นบนสุดที่หลวมและเป็นเม็ดเล็กๆ ซึ่งพบได้ทั่วไปในโลกที่ไม่มีอากาศถ่ายเทส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม ฟิสิกส์โดยรวมของกระบวนการนี้ไม่ค่อยเข้าใจถึงแม้จะเป็นเรื่องธรรมดาเพียงใด
การสังเกตผลกระทบของจรวดที่กำลังจะเกิดขึ้นและหลุมอุกกาบาตที่เป็นผลสามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ตีความข้อมูลจากการทดลอง LCROSS ปี 2009 ได้ดีขึ้น และสร้างการจำลองการกระแทกที่ดีขึ้น ด้วยกลุ่มภารกิจจริงของภารกิจ ที่วางแผนจะไปเยือนดวงจันทร์ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ความรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติของพื้นผิวดวงจันทร์ — โดยเฉพาะปริมาณและความลึกของน้ำแข็งที่ฝังอยู่ในความต้องการสูง
เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นได้ยากนี้จะให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ที่อาจพิสูจน์ได้ว่ามีความสำคัญต่อความสำเร็จของภารกิจในอนาคตไปยังดวงจันทร์และอื่น ๆ โดยไม่คำนึงถึงเอกลักษณ์ของจรวดที่ดื้อรั้น
Paul Hayneเป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์ดาราศาสตร์และดาวเคราะห์ที่มหาวิทยาลัยโคโลราโด โบลเดอร์ เขาได้รับทุนจากการบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ
บทความนี้เผยแพร่ซ้ำจากThe Conversationภายใต้สัญญาอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ คุณสามารถค้นหาบทความต้นฉบับได้ที่นี่
