陨石坑之下：利用撞击爆破出的岩石探测火星地表之下

一项新研究发现，溅射毯——即陨石撞击时从陨石坑中喷出的岩石和其他物质层——的尺寸会因撞击点下方存在的物质不同而变化。研究人员表示，这一见解或有助于科学家利用轨道卫星数据发现埋藏的冰川和其他重要的地下特征。

"历史上，研究人员一直利用撞击坑的大小和形状来推断地下物质的特性，"伦敦帝国理工学院英国研究与创新署研究员亚历山德拉·索科洛夫斯卡表示。"但我们的研究表明，陨石坑周围溅射毯的尺寸同样对地下特性敏感。这为我们提供了一个新的地表可观测指标，有助于确定地下存在的物质。"

索科洛夫斯卡在布朗大学担任博士后研究员期间完成了这项工作，合作者是该研究共同作者、布朗大学地球、环境和行星科学系副教授（研究型）英格丽·多巴尔。

该研究发表在《地球物理研究杂志：行星》期刊上。

撞击坑遍布太阳系，在所有拥有固态表面的行星和卫星上都可见其踪迹。科学家长期以来通过陨石坑的大小和形状寻找地表下方物质的线索。地下物质的强度、孔隙度以及其他诸多因素都会改变陨石坑特征。这为科学家提供了一种从轨道窥探行星内部的方法，无需让航天器登陆地表。

索科洛夫斯卡开展这项新研究旨在探究陨石溅射物是否能成为另一个信息来源。为此，她采用了计算机模拟技术——该技术由伦敦帝国理工学院教授、研究共同作者加雷思·柯林斯合作开发，能够捕捉行星撞击的物理过程。在模拟中，索科洛夫斯卡可改变地表深处物质的特性，观察其对溅射碎片传播距离的影响。她测试了多种不同的地下物质：固态基岩、类似埋藏湖床中的沉积物、混合冰的松散岩石以及固态冰川沉积物等。

模拟显示，不同的地下物质和分层结构会产生差异显著的溅射模式。

"溅射半径的差异可能相当显著，我们预测可通过火星勘测轨道飞行器搭载的高分辨率成像科学设备（HiRISE相机）在轨道上进行测量，"索科洛夫斯卡指出。"该方法经过充分验证后，有望成为探测地下特性的新型工具。将这项概念验证工作转化为实用工具正是我在帝国理工学院当前研究基金项目的主题。"

为验证模拟结果，研究团队考察了火星上两处新形成的撞击坑。由于陨石坑形成时间较短，其溅射毯受侵蚀程度较低，便于测量原始尺寸。数据还显示其中一个陨石坑位于固态基岩上方，而另一个则存在地下冰。与模型预测一致的是，位于含冰地下的陨石坑其溅射毯范围远小于基岩上形成的陨石坑。

这些发现证实了溅射半径的差异具有可检测性，并能反映已知的地下特性。

研究人员表示，该方法对当前及未来的多项航天任务具有实用价值。2026年2月，欧洲航天局的赫拉航天器将抵达双卫一（Dimorphos）小行星——数年前美国宇航局曾用撞击器撞击该小行星以测试改变威胁地球的小行星轨道的可能性。赫拉任务旨在观测偏转测试形成的陨石坑，以深入了解小行星内部构造。

"我们的研究表明，未脱离小行星且覆盖其表面的溅射物可能蕴含有关小行星内部构造的重要信息，"索科洛夫斯卡强调。

该研究获得了美国宇航局（NASA）、英国航天局（U.K. Space Agency）和瑞士国家科学基金会（Swiss National Science Foundation）的支持。