2022年3月4日，一枚孤獨的廢舊火箭助推器將以近6000英里/小時的速度砸向月球表面。一旦塵埃落定，美國宇航局（NASA）的月球勘測軌道飛行器(LRO) 將進入位置，以近距離觀察這個燃燒的撞擊坑，並希望能對行星撞擊的神秘物理學有一些了解。
作為一名研究月球的行星科學家，科羅拉多大學博爾德分校的天體物理學和行星科學副教授 Paul Hayne認為這次意外撞擊是一個令人興奮的機會。月球一直是太陽系歷史的堅定“見證者”，其嚴重坑窪的表面記錄了過去40億年來的無數次撞擊。然而，科學家們很少能瞥見形成這些隕石坑的天體–通常是小行星或彗星。如果不知道是什麼造成了隕石坑的具體情況，科學家們通過研究隕石坑所能學到的東西是有限的。
即將到來的火箭撞擊將提供一個偶然的實驗，可以揭示出很多關於自然碰撞如何衝擊和沖刷行星表面的信息。對撞擊物理學的更深入了解將大大有助於研究人員解釋月球的貧瘠景觀，以及撞擊對地球和其他行星的影響。
當火箭在月球上墜毀時
對於目前與月球相撞的翻滾物體的確切身份，一直存在一些爭議。天文學家們知道，這個物體是一個從高空衛星發射中丟棄的末級助推器。它大約有40英尺（12米）長，重達近1萬磅（4500公斤）。證據表明，它很可能是2015年發射的SpaceX火箭或2014年發射的中國火箭，但雙方都否認了所有權。
火箭預計將墜入巨大的Hertzsprung 隕石坑內的廣闊貧瘠平原。在火箭接觸月球表面的一瞬間，衝擊波將以每秒數英里的速度沿着彈體的長度向上移動。在幾毫秒內，火箭外殼的後端將被抹去，金屬碎片向四面八方爆炸。
雙重衝擊波將向下進入月球表面的粉狀表層，稱為月壤。撞擊的壓縮將加熱灰塵和岩石，併產生一個白熱的閃光，如果當時該地區恰好有一個飛行器的話，從太空中就可以看到。一團汽化的岩石和金屬雲將從撞擊點擴大，成為塵埃，沙子大小的顆粒被拋向天空。在幾分鐘的時間裡，被拋出的物質將落回現在燃燒的撞擊坑周圍的地表。命運多舛的火箭幾乎不會留下任何東西。
NASA在2009年進行了一個類似的實驗，當時它故意將月球隕石坑觀測和傳感衛星(LCROSS)撞入月球南極附近的一個永久陰影坑。Hayne曾參加LCROSS任務，它是一個巨大的成功。通過研究進入陽光下的塵埃羽流的成分，科學家們能夠發現幾百磅水冰的跡象，這些水冰是在撞擊中從月球表面釋放出來的。這是支持以下觀點的一個關鍵證據：數十億年來，彗星在撞擊月球表面時一直在向月球輸送水和有機化合物。
然而，由於LCROSS火箭的隕石坑長期被陰影遮擋，Hayne和他的同事們十年來一直在努力確定這個埋藏的富冰層的深度。
用月球勘測軌道飛行器進行觀察
即將發生的墜毀事故的意外實驗將使行星科學家有機會在陽光下觀察一個非常類似的撞擊坑。這將是第一次看到LCROSS隕石坑的全部細節。
由於撞擊將發生在月球的遠側，它將不被地球上的望遠鏡所看到。但是在撞擊發生大約兩周后，NASA的月球勘測軌道飛行器將開始瞥見這個撞擊坑，因為它的軌道將它帶到撞擊區的上方。一旦條件合適，月球勘測軌道飛行器的相機將開始拍攝撞擊地點的照片，分辨率約為每像素3英尺（1米）。其他空間機構的月球軌道飛行器也可能將其相機訓練到隕石坑上。
撞擊坑的形狀和噴出的灰塵和岩石將有望揭示出火箭在撞擊時的方向。垂直方向將產生一個更多的圓形特徵，而不對稱的碎片模式可能表明更多的是腹部翻轉。模型顯示，彈坑的直徑可能在30到100英尺（10到30米）之間，深約6到10英尺（2到3米）。
撞擊產生的熱量也將是有價值的信息。如果觀察的速度足夠快，月球勘測軌道飛行器的紅外儀器將有可能探測到隕石坑內發光的熱物質。這可以用來計算出撞擊產生的總熱量。如果月球勘測軌道飛行器不能足夠快地得到一個視圖，高分辨率的圖像可以用來估計隕石坑和碎片區的熔化物質的數量。
通過比較來自軌道飛行器的照相機和熱傳感器的前後圖像，科學家將尋找表面的任何其他微妙變化。其中一些影響可以擴展到撞擊坑半徑的數百倍。
為什麼這很重要
撞擊坑和隕石坑的形成是太陽系中一個普遍存在的現象。隕石坑使行星外殼破碎，逐漸形成大多數無氣世界常見的鬆散的顆粒狀表層。然而，儘管這一過程非常普遍，但人們對這一過程的整體物理學卻知之甚少。
觀察即將到來的火箭撞擊和由此產生的撞擊坑可以幫助行星科學家更好地解釋2009年LCROSS實驗的數據，併產生更好的撞擊模擬。由於在未來幾年內有一隊名副其實的任務計劃訪問月球，對月球表面特性的了解–特別是埋藏的冰的數量和深度–是非常需要的。
這一罕見的火箭撞擊事件將提供新的見解，這可能被證明對未來月球和其他地方的任務的成功至關重要。