月球巨大的南极-艾特肯陨石坑可能是被一个直径260公里的天体撞击雕刻而成
斜撞后地壳厚度分布。图片来源： 科学进展（2026年）。DOI：10.1126/sciadv.aea1984
（神秘的地球uux.cn）据今日科学新闻（穆罕默德·图欣）：《科学进展》期刊上的一项新研究缩小了月球庞大的南极-艾特肯盆地（SPA）可能形成的范围，指向一个宽260公里、分化天体以约13公里/秒的速度南北撞击。研究结果还表明，NASA计划在月球南极附近的阿耳忒弥斯III着陆区可能蕴藏有价值的月球地幔材料，为采样月球深层岩石提供了难得的机会。
月球背面拥有太阳系最严重的伤痕之一——科学家们现在更接近了解这一切究竟是如何发生的。通过高分辨率三维模拟，研究人员重建了塑造南极-艾特肯盆地（SPA）的剧烈事件，不仅精炼了撞击方向，还推测了制造该盆地的物体的可能大小、结构和速度。
这种新的清晰度可能直接影响NASA在即将到来的阿尔忒弥斯任务中寻找最具科学价值样本的地点。
月球最大且最古老的已确认撞击盆地
南极-艾特肯盆地横跨月球背面超过1200英里（2000公里），是月球最大且最古老的已确认撞击陨石坑。其巨大的体积使其成为理解月球早期历史的关键特征。
但几十年来，这个流域一直引发了一个重大问题：为什么它会有如此独特的形状？
SPA不仅是椭圆形的——它明显呈锥形，一端比预期更狭窄。这种几何形状引发了关于撞击月球时朝哪个方向飞行的争论。月球地壳中的一些证据表明撞击将向北移动，而其他特征——尤其是盆地形状——则表明相反。
这项新研究表明，盆地的结构最适合向南的轨迹。
作者指出，月球、火星和冥王星等固体天体上的大型盆地倾向于形成向下方向逐渐变细的椭圆。对于SPA而言，向南逐渐变细，向北陡峭的地壳厚度梯度，以及盆地西南部富含钍和铁的沉积物，都与向南的撞击轨迹相符。
为什么撞击方向会改变一切
知道撞击体来自哪个方向不仅仅是技术细节。它确定了碰撞产生的碎片——称为抛射物——被抛射到月球表面的位置。
这很重要，因为其中一些喷出物可能来自月球深处，包括月球地幔的物质。如果地幔材料被挖掘并沉积到可到达的地点，未来的任务有望收集到揭示月球内部成分的样本。
早期模型显示SPA撞击器宽度可能为200至400公里，撞击角度为30°至45°。但这些模型并未完全将撞击方向与盆地的地壳厚度分布、锥形或喷出物分布联系起来。
本研究旨在缩小这一差距，提出一个更完整的解释，同时匹配多个观测特征。
高分辨率模拟揭示了最佳拟合的撞击场景
为了测试不同可能性，研究团队对类似月球目标进行了高分辨率的3D撞击模拟。它们会根据撞击体的大小、速度和角度等关键因素变化。
他们还测试了分化和非分化撞击体。分化体是指其材料在其早期历史中分离成层，形成致密的核心和外层，因形成过程中的加热。
在将许多结果与SPA盆地真实观测特征进行比较后，研究人员找到了最合适的结果。
他们的模型表明，SPA是由一个宽260公里、从北向南以浅角度撞击的分化撞击体形成的。重要的是，撞击物并未完全深入月球表面。
团队认为，撞击体致密的核心在形成SPA独特变细形态中起到了关键作用。
他们的模拟显示，撞击过程中碎片向外发射，随后瞬态陨石坑因引力坍缩。那次坍塌导致了巨大的不对称中心隆起。在事件中挖掘出的大部分月球地幔物质最终又落回了盆地。
速度测试显示撞击速度约为13公里/秒
模拟还探讨了撞击体速度如何影响陨石坑形状。
在10公里/秒时，盆形类似最佳拟合箱，但锥度过于陡峭。在16公里/秒时，陨石坑变得过于圆形，不再像真实的SPA盆地。
基于此，研究人员得出结论，最可能的速度介于这些值之间，最终得出13公里/秒的最佳拟合估计。
这种速度的影响超越了陨石坑的几何结构——它可能暗示撞击月球前撞击的来源。
研究人员写道，13公里/秒的撞击速度意味着该物体在撞击前很可能处于低倾角、类地轨道上。他们还提出，基于早期太阳系动力学和残留行星间的碰撞，最可能的起源是在火星带，而非金星-地球带。
一种“蝴蝶状”的地幔喷射图案
研究中与任务最相关的结果之一是撞击喷射物落点。
团队的模拟显示，这些碎片形成了“蝴蝶状”分布。地幔物质预计向下游方向将向盆地边缘外扩散约550公里，横向方向扩展约650公里。
然而，模拟结果也显示一个重大缺失：上游方向没有地幔喷射物沉积。
这一发现在考虑阿尔忒弥斯宇航员可能着陆地点时至关重要。
阿耳忒弥斯三号可能会降落在月亮地幔被抛掷的地方
NASA即将执行的阿尔忒弥斯任务预计将在月球南极地区附近着陆，靠近SPA南缘。研究人员表示，如果他们的南北撞击情景正确，阿尔忒弥斯宇航员有可能着陆在包含地幔物质的喷射沉积物区域。
它们凸显了两种竞争性冲击方向理论之间的重大对比。
如果SPA是由南北向冲击形成的，阿耳忒弥斯着陆区在崩溃后边缘之外很可能不存在地幔喷射物。但在他们模拟支持的南北走向情景下，阿尔忒弥斯三号将着陆在撞击点的下游——正好是预期有富含地幔的喷射物的地方。
在这种情况下，采集地幔衍生样本不仅变得可能，而且变得很可能。
用真实月球样本测试模型
团队承认他们的建模存在局限性。尽管模拟对于三维冲击研究来说分辨率很高，但仍可能遗漏地壳变形和喷出物分布的细节。
但他们强调即将到来的阿尔忒弥斯样本可能直接检验他们的预测。如果宇航员从预测的喷射物沉积物中回收材料，科学家们可以确认地幔物质的存在以及模型的轨迹假设是否正确。
他们还指出，这些样本有助于确定SPA的年龄，并揭示更多关于月球地幔成分的信息。
为什么这很重要
南极-艾特肯盆地不仅仅是一个巨大的陨石坑——它是月球早期历史中最重要的事件之一的记录。确定撞击物的方向、速度和结构有助于加强对月球演化过程及塑造早期太阳系的天体类型科学理解。
同样重要的是，这项研究为阿尔忒弥斯提供了实用的科学路线图。如果宇航员降落在预测有地幔喷射物的地方，他们可能能够从月球深处收集到稀有物质——这将极大提升科学家对月球形成、内部成分及重大撞击时间的了解。
简而言之，这项研究不仅解释了一次古代碰撞。它或许能帮助引导人类在月球上迈出下一步最重要的步伐。
研究详情
Shigeru Wakita 等，《一个向南分化的撞击体形成月球南极-艾特肯撞击盆地的锥形形状》，《科学进展》（2026）。DOI：10.1126/sciadv.aea1984
