誰「點燃」了月球上的神秘光點？

2020-12-12 中科院物理所

/ 阿波羅的太空人看到了什麼？

1972年12月10日，就在「阿波羅」17號準備降落到月球表面的時候，登月艙駕駛員哈裡森·施密特和地面通信員之間發生了這樣一幕。

太空人：「嘿，我剛剛看到在月球表面有一道閃光。」

地面通信員：「哦，是嗎？」

太空人：「就在馬爾迪環形山（Grimaldi）北面，你可以看看月震儀上是否有東西，很小的撞擊就可能會產生相當多的可見光。」

地面通信員：「好的。我們查一下。」

太空人：「在那個環形山附近有一個明亮的小閃光，然後在它北邊有另外一個。在北面非常清晰得有一個弱的閃光。」

地面通信員：「在地圖上你看到的位置畫個X怎麼樣。」

左圖：阿波羅17號的科學家太空人哈裡森 · 施密特在一塊巨石附近開展工作；右圖：月球表面撞擊的模擬場景。/ NASA

這是一段真實通話記錄。施密特震驚地發現月球表面連續發生了兩次神秘閃光現象。也許外星人愛好者會馬上聯想到外星人的信號之類的，但是施密特立刻判斷出這應該是流星撞擊到月球表面發生的閃光，並且要求地面通信員核實月震儀上是否有對應的月震信號。非常遺憾的是，我們沒有查找到月震儀的相關記錄，這次的目視觀測只能被記錄為高度疑似流星撞擊月球事件，而不是人類首次有確定證據地觀測到流星撞擊月球。

/ 科學讓神秘閃光不再神秘

那麼，這種月球閃光是確實存在的嗎？它常見嗎？又是如何形成的呢？

現在，這種流星體或其他微小天體撞擊月球而發生的閃光已經被科學界命名為月球撞擊閃光。針對這種現象，科學界開展了觀測和研究，找到了一些確切的觀測證據。

1993年，梅洛什·傑伊（Melosh, H. Jay）等人通過分析認為，流星體高速撞擊月球表面會產生等離子體羽流和光學輻射，在地面上可以觀測到1米以下直徑流星體撞擊月球產生的閃光。1999年獅子座流星雨期間，西班牙的歐提茲·路易斯（Ortiz, J.Luis）等人成功觀測到了5個月球撞擊閃光事件。

此後，來自其它流星雨的月球撞擊閃光事件也陸續被各國科學家探測到。系統的搜索表明，100克左右的流星體會產生從地面看上去9等左右的閃光。而這種閃光不但不像它聽起來和看起來那麼浪漫，還充滿了破壞力。

宇宙中微小天體數不勝數，月球沒有地球這麼幸運，沒有磁場，沒有大氣層，因此即使最微小的流星體，也會毫不減速直接撞擊到月球表面，形成電光石火。從地球軌道衛星的照片或者回收的部件上，我們經常能看到失去大氣保護後微小的流星體造成的損害。

0.5毫米的微流星體撞擊在哈勃望遠鏡的太陽能電池板陣列上造成的直徑4毫米的彈坑。/ NASA

我們還可以用子彈的威力來類比：子彈的威力取決於其動能，AK47槍枝的槍口動能是1980焦耳，速度24千米/秒的流星體只需要7毫克就可以達到同樣的動能，而當流星體速度為72千米/秒時，只需要0.8毫克。也就是說，如果人類在月球表面建立長期基地並在月面頻繁活動，非常微小的流星體都會對月表設施和航天員造成威脅。

為了解來自流星體的威脅，就需要對流星體的流量分布進行研究，也就是研究單位時間內會有多大質量，以及多大體積的流星體打到地球的單位面積上。

NASA在開始實施「星座計劃」時，就意識到了流星體對長期駐留月面的載人登月計劃的威脅，於2005年啟動了流星體撞擊月球閃光事件的系統性監測，以便更好地了解流星體的分布，從而指導月球太空船、太空服和月面系統的防護設計。到了2018年4月，這項計劃共探測到了435次撞擊閃光事件。

用於月面撞擊閃光監測的望遠鏡以及終端，包括調焦器、縮焦鏡、攝像機等。/ NASA

西班牙的韋爾瓦大學和西班牙國家研究委員會安大路西亞天體物理研究所，從2009年開始聯合實施月球撞擊閃光監測計劃（MIDAS），與NASA的監測計劃不同，他們主要在流星雨期間進行觀測，以提高發現機率。

這兩個計劃都採用35.5釐米小口徑的愛好者望遠鏡和CCD攝像機的組合，每次使用兩臺以上望遠鏡同時觀測月球的暗面，以排除噪聲等假信號的影響。NASA對截止2015年探測到的月球撞擊閃光的星等分布進行了統計，顯示絕大多數的事件中，目視星等暗於6等，也就是說肉眼不可見，這就解釋了為什麼以前這類事件沒有被發現。

/ 那些有名的月球撞擊閃光事件

在二十多年來的月球撞擊閃光觀測過程中，不乏引人矚目的事件。

2013年3月17日03:50:54.312（UTC），NASA的月球撞擊監測計劃探測到了開啟8年以來最亮的撞擊閃光事件，這次事件的R波段峰值為（3.0±0.4）星等，對應7.1×106焦耳的發光能量，撞擊閃光的位置在月表20.60°±0.17°N、23.92°±0.30°W。由於發生在室女座複合流星雨期間，因此可以假設其速度為25.6千米每秒，撞擊高度角為56°，由此能夠推斷出這次撞擊產生的隕石坑內部直徑在9至15米之間，邊緣直徑在12至20米之間。

隨後，通過對比月球勘測軌道飛行器於2012年2月12日和2013年7月28日對該位置拍攝的圖像，科學家們在撞擊產生的隕石坑附近發現了新的撞擊坑，新的撞擊坑位於0.7135°N、24.3302°W，邊緣直徑為18米，內部直徑15米，比原來撞擊產生的隕石坑更大。這證明了NASA月球撞擊監測計劃的觀測和數據處理的可靠性，同時，地面的監測信息也為研究撞擊坑提供了更多的數據支持。研究人員還提出，與主撞擊坑相比，濺射物的範圍要大得多，在濺射範圍內都可能對探月的太空飛行器、設施和人員造成危害，因此，濺射物對月球探測活動或其他探月設施的危害更大，在設計探月計劃時需要考慮這個因素。

2013年3月17日NASA月球撞擊監測計劃拍攝到了一次持續約1秒的撞擊閃光事件，在月面產生了直徑18.8米的撞擊坑，碎屑飛了數百米，最遠至30公裡。（左圖為撞擊前圖像拍攝於2012年2月12日，右圖為撞擊後圖像拍攝於2013年7月28日）

這一撞擊事件不久，撞擊閃光的亮度記錄就被刷新了。西班牙的MIDAS計劃於2013年9月11日20:07:28.68（UTC）記錄到了峰值亮度2.9±0.2星等的閃光事件，這次事件持續了8.3秒。2014年3月16日，月球勘測軌道飛行器發現了20130911事件對應的隕石坑，隕石坑的位置與MIDAS團隊公布的位置僅僅相差2千米，隕石坑邊緣直徑為34米。

不過，迄今為止最引人矚目的一次月球撞擊閃光事件是2019年1月21日發生的，雖然這次撞擊閃光的峰值亮度為4.2星等，遠遠比不上20130317和20130911，但由於這次事件發生在月全食期間，很多天文學家和天文愛好者都把目光和鏡頭對準了月球，所以得到了眾多關注，媒體也紛紛報導，使月球撞擊閃光這一現象為廣大公眾所了解。

發生在2019年1月21日月全食期間的月球撞擊閃光事件。/ Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

作者簡介 /

王慎，國家天文臺高級工程師，長期從事空間天文技術研究。四川大學光學專業學士，中國科學院光電技術研究所光學技術專業碩士，北京理工大學光學工程專業博士。

曹莉，國家天文臺高級工程師。南京大學天文學學士，中國科學院大學天體物理學碩士，天文技術與方法博士。

來源：中國國家天文

編輯：C&C

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