美国国家航空航天局大胆的月球撞击差点爆炸
月球勘测轨道飞行器记录了Cabeus撞击现场的温度，如图所示，撞击后约90秒。撞击产生的温度超过1340华氏度（727摄氏度），在色带中心附近出现一个微小的发光点。
去年，神风敢死队宇宙飞船撞击月球南极的一个陨石坑，激起了足够的水供研究人员最终探测，一声爆炸揭示了月球上冰的存在。
今天，六个独立研究所的科学家宣布了2009年10月9日LCROSS月球撞击任务的新发现。在其他发现中，他们在撞击的零点发现了大量的水冰——这些水有朝一日可能成为人类未来太空的关键。
但是，尽管这项任务最终取得了成功，但这件复杂的事情充满了不确定性，并濒临失败。现在，科学家们揭示了他们是如何发现的，以及他们在这一过程中面临的挑战。
非常协调的舞蹈
2009年，美国国家航空航天局同时向月球发射了两项任务：月球勘测轨道飞行器和LCROSS，月球陨石坑观测和传感卫星的缩写。是LCROSS与月球相撞。
自20世纪40年代以来，科学家们一直在推测月球上是否存在水，但LCROSS帮助激发了大量的水，才在月球南极的永久阴影中揭示了水的存在。
科学家们希望尽可能多地观察撞击，以挤出他们所能掌握的每一滴知识，这意味着要找到一天中正确的时间，以便在撞击过程中，尽可能多的太空观察者和遍布数千英里的地面观察者能够面对月球。
最后，除了月球轨道上的LRO外，地球上的22个天文台和地球轨道上的4个天文台都观测到了月球碰撞。
“这是许多不同党派之间的一次非常协调的舞蹈，”美国国家航空航天局太空科学家Tony Colaprete说，他是此次任务的首席研究员。
由美国国家航空航天局的Jennifer Heldmann和Diane Wooden领导的为期两年的协调这些地面和天基资产的运动，在很大程度上首先涉及学习如何观察月球。
Colaprete解释道：“通常情况下，月光是敌人，总是污染我们对天空其他部分的看法。”“它的亮度让我们很难用自动导航系统进行追踪。”
天文学家们没有使用“引导星”作为光点来帮助他们在夜空中找到路，而是使用“引导坑”作为暗点来帮助他们扫描月球。Colaprete说：“这需要大量的练习才能使一切正常进行。”
对于地面天文台来说，观测月球是很棘手的，因为它在天空中的移动速度比他们通常看到的恒星要快。对于地球轨道上的资产来说，这也很复杂，因为它们本身移动得很快，不一定能看到离我们星球这么近的东西。
Colaprete说：“撞击的时间必须在哈勃太空望远镜进行观测的几秒钟内。”
尽管LRO幸运地看到了撞击的最近视图，但研究人员必须确保它确实没有离得太近，在爆炸发生90秒后到达爆炸现场，否则爆炸碎片可能会损坏它。
Colaprete说：“我们必须确保所有这些拼图在正确的时间、正确的地点，一直到第二块。”
失败的边缘
一次危机有可能使任务完全失败。撞击发生前一个多月，LCROSS的一个故障导致探测器燃烧了一半以上的剩余推进剂。
Colaprete告诉太空网：“太空飞船在未经我们允许的情况下跳了一小段舞。”“我记得凌晨4点接到一个电话，心想，‘哦，不。’”
“这真的很可怕，”他补充道。“按照它燃烧燃料的速度，如果我们在一两个小时后发现，它就会耗尽燃料，死在太空中。幸运的是，我们的恒星团队发现了问题所在以及如何节省燃料。我们有多余的燃料。”
一个不确定的目标
也很难弄清楚碰撞的最佳目标是什么。最初，研究人员计划进入名为Cabeus A的陨石坑，但最终他们在撞击前一周多改变了主意，选择了附近的Cabeus陨石坑。
Colaprete回忆道：“起初，我们选择了较小的Cabeus A陨石坑作为撞击点，因为它非常适合从地球上观察。”但随着他们离得越来越近，并在去那里的路上从LRO收集了更多的数据，基于他们对Cabeus A的氢（水的特征）的扫描，“我无法确定那里有氢，所以我决定去寻找某个目标，”他说。
“这是一个痛苦的决定，”科拉普雷特说。“并不是每个人都很高兴，因为很多人希望地面天文台能看到最好的景色，但我不想影响到无关的地方。”
经过12个小时的马拉松训练，他对撞击后的数据进行了梳理，他知道自己做出了正确的决定。他说：“这是我经历过的最有趣、最令人眩晕的经历之一，当时我们知道我们有一些非常特别的东西——数据就在那里。”
紫外线发光
现场最接近观察LCROSS坠毁的“眼睛”是它的合作伙伴LRO，它带来了一系列传感器来探测结果。
为了识别撞击产生的碎片、蒸汽和灰尘中的元素和成分，LRO使用了鞋盒大小的莱曼字母映射项目（LAMP）仪器，该仪器在超低空范围内观察了撞击的羽流。
“紫外线范围是许多材料发射和吸收的地方，因此LAMP可以非常、非常灵敏地探测到微量气体，”LAMP的首席研究员、德克萨斯州圣安东尼奥西南研究所的行星科学家Randall Gladstone说。
LAMP通常使用来自附近太空和恒星的光来观察月球侧面的夜晚，这些光将太空中的所有物体沐浴在被称为莱曼阿尔法光的柔和辐射中。由于eLRO在月球的阳光照射部分飞行，这对LAMP来说太亮了，太空船翻了个身，将仪器指向月球可见表面边缘的黑暗天空。
LAMP检测到分子氢、一氧化碳、钙、镁，奇怪的是，还有汞。
格拉德斯通回忆道：“当我们只是抛出想法时，我们的团队中没有人认为这是汞，我说，‘这是一个多么愚蠢的想法，怎么会有汞呢？’”。“我后来不得不收回我的话。”
阿波罗飞船带到地球的岩石样本显示，更深层次的汞含量更高，这导致一位退休科学家乔治·里德提出，阳光可能会将汞从土壤中烘烤出来，然后被困在南极的陨石坑中。
格拉德斯通告诉《太空网》：“他做了一个简单的信封计算，并把它钉住了。”“如果我做出这样一个伟大的预测，我会为自己是对的而感到高兴。”
西南研究所的LAMP团队成员Kurt Retherford说：“土壤中汞的检测是最大的惊喜，尤其是它的丰度与LCROSS检测到的水的丰度大致相同。”“它的毒性可能会给人类的探索带来挑战。”
这些发现支持了这样一种观点，即月球永久阴影区域的严寒可以捕获从深空或月球其他区域飘来的蒸发成分，并将其保存数百万年。格拉德斯通说：“它们几乎是科学的金矿。”
冲击热
为了了解撞击的能量是如何消散的，DivinerLunar辐射计测量了它的热特征。他们发现，撞击将火山口底部从大约387华氏度（-233摄氏度）加热到1250华氏度（675摄氏度）以上，足以将大约660磅（300公斤）的水冰直接转化为蒸汽。
“我们在撞击现场看到的冷却行为可以告诉你它的物理性质，”Diviner月球辐射计团队成员、加州理工学院的应用科学家Paul Hayne说。“我们所看到的与LCROSS发现的月球土壤中的冰量一致。LCROSS撞击的地点也不是溜冰场，也不是大块的冰。我们在四个小时后看到了那里的热排放，但它并没有做到这一点，所以那里的冰一定与月球油混合了。”
海恩回忆道，Diviner仪器本身也面临挑战。
海恩说：“我们从未使用Diviner瞄准月球上的特定地点。”“就在前一天，我们进行了一次试运行，看看我们是否能准确地瞄准撞击点。当我们取回数据时，我们发现我们离目标很远，所以我们必须在最后一刻找出我们做错了什么。谢天谢地，我们解决了问题，并切中要害。结果很好。”
Colaprete、Gladstone、Hayne和他们的同事在10月22日的《科学》杂志上详细介绍了他们的最新发现。