一场巨大的远古碰撞可能将月球深处的一些秘密遗留在了距离未来阿尔忒弥斯（Artemis）着陆点惊人地近的地方。科学家通过重现形成巨大的南极-艾特肯盆地（月球最大、最古老的陨石坑）的撞击过程发现，一个大型铁核天体以低角度撞击月球，抛射出了来自月球深处的物质，其中包括地幔岩石。
这些发现来自两项配套研究，部分由NASA太阳系探索研究虚拟研究所下属的西南研究所团队——月球起源与演化中心（CLOE）的研究人员领导。这些研究共同阐明了巨大的南极-艾特肯（SPA）盆地是如何形成的，以及珍贵的月球物质如今可能位于何处。
探索月球最大的撞击盆地
南极-艾特肯（SPA）盆地位于月球背面，是太阳系中保存最古老的结构之一。鉴于其巨大的体积和年代，科学家将其视为月球早期历史的独特记录。该盆地附近的区域也被纳入未来NASA阿尔忒弥斯任务在月球南极附近的考察范围。
“该盆地为科学家研究月球最早的历史提供了难得的机会，”CLOE主任兼位于科罗拉多州博尔德的西南研究所科学部执行主任威廉·博特克博士说。他是这些研究的合著者。“撞击以巨大的力量撞击月球表面，可能挖掘出了月球深处的物质，包括部分月球地幔。”
为了更好地了解当时发生的情况，研究人员使用先进的计算机模拟重现了形成SPA盆地的远古撞击。结果表明，一个天体从北方接近并向南移动，随后以低角度撞击月球。
根据模拟，这种低角度撞击解释了该盆地独特的狭长且锥形的形状。
“我们的模拟得出了撞击盆地正确的形状和性质。它还告诉我们要创造它的撞击体以及撞击的方向，”SPA撞击研究的主要作者、普渡大学的Shigeru Wakita博士说。
分异型撞击体的证据
模拟表明，造成撞击的天体不是简单的岩石块。相反，它很可能是一个分异天体，拥有一个被岩石物质包围的铁核，类似于小型原行星或分异型小行星。
当该天体与月球相撞时，它挖掘出了一个深且不均匀的空腔，同时产生强烈的热量，熔化了盆地中心的岩石。撞击还将大量来自月球地壳和地幔的物质炸入太空。这些物质中的大部分最终落回并堆积在盆地内。
阿尔忒弥斯区域附近的月球地幔物质
在第二项研究中，科学家重点关注这些喷射物质在盆地下方和周围的分布情况。利用高分辨率重力测量以及考虑了地壳和地幔物质的模型，研究团队发现证据表明，SPA盆地可能包含大量源自月球地幔的岩石。
分析表明，源自地幔的物质混合在整个盆地及其周围的喷射物覆盖层中。SPA盆地内部后来的撞击可能挖掘了这些埋藏的沉积物，并将其中一部分暴露在表面，从而可能使机器人任务和未来的宇航员能够接触到它们。
“地幔物质的精确分布一直是一个巨大的未知数，”基于重力的研究的主要作者、亚利桑那大学的Gabriel Gowman博士说。“我们的模型表明，SPA撞击喷射出了足够的深部物质，形成了大量的沉积物，这些沉积物今天应该仍然可以接触到。最重要的是，在考虑用于阿尔忒弥斯着陆的区域中，可能存在少量这些物质。”
未来月球探索的新目标
先前的观点认为，撞击挖掘出的最深物质可能集中在盆地中远离作为探索目标的月球南极区域的部分。然而，新的模拟和重力分析描绘了一幅不同的图景。
研究人员发现，含有地幔物质的沉积物可能分布在月球南极区域的部分地区，包括未来阿尔忒弥斯宇航员可能亲自造访和研究的区域。
“撞击模拟和重力模拟的结合为我们提供了一张强有力的路线图，”博特克说。“它不仅告诉我们SPA是如何形成的，还告诉我们在哪里寻找能够回答关于月球起源和演化一些最大问题的岩石。”
这项研究“向南运动的分异型撞击体形成了月球南极-艾特肯撞击盆地的锥形形状”发表在《科学进展》上。一篇检查该盆地重力和喷射物结构的配套论文“南极-艾特肯盆地喷射物中月球地幔物质的重力测绘”发表在《地球物理学研究杂志：行星》上。