月球上的"大峡谷"：薛定谔撞击盆地揭示小行星斜撞击轨迹与月球南极探索意义

为解决月球南极地区地质演化与Artemis任务采样目标的关键问题，研究人员通过光地质测绘与撞击坑分析，揭示了薛定谔撞击盆地形成时产生的两条堪比地球大峡谷的月表峡谷（Vallis Schrodinger与Vallis Planck），计算出喷射碎屑速度达0.95-1.28 km/s，证实撞击轨迹偏离南极（33.5°西偏北或22.3°东偏北），该发现为Artemis任务获取>40亿年古老SPA盆地样本提供了重要依据。

　　

在月球南极附近，隐藏着太阳系最古老的地质档案——直径2400公里的南极-艾特肯盆地（SPA）。这个形成于40多亿年前的巨大撞击坑，可能保存着月球早期演化甚至地月系统起源的关键证据。然而，后续地质事件形成的覆盖层如同"封印"般阻碍着科学家获取这些原始样本。其中，直径320公里的薛定谔撞击盆地作为SPA区域内第二年轻的撞击构造，其喷射物分布直接影响着Artemis载人任务的采样策略。

美国月球与行星研究所（Lunar and Planetary Institute）的David A.Kring团队通过分析月球勘测轨道飞行器（LRO）的高分辨率影像与地形数据，首次量化研究了薛定谔盆地喷射物形成的两条巨型峡谷——长达270公里的Vallis Schrodinger与280公里的Vallis Planck。这些峡谷的规模堪比地球上的科罗拉多大峡谷，却是由高速喷射的岩石碎屑在短短10分钟内雕刻而成。研究不仅揭示了月球表面最壮观的侵蚀过程之一，更通过峡谷走向反演出4亿年前小行星的撞击轨迹，为理解大型天体碰撞动力学提供了新视角。

研究采用三大关键技术方法：1）基于LRO窄角相机（NAC）影像（0.5-2 m/px）和激光高度计（LOLA）地形数据（SLDEM2015）的光地质测绘；2）考虑月球曲率的弹道飞行方程计算喷射碎屑速度（0.95-1.28 km/s）；3）针对斜撞击场景的撞击坑标度律分析，估算二次撞击体直径（最大5.2 km）与动能（3.39×10²⁰-1.21×10²¹ J）。

地质背景

薛定谔盆地形成于38.1±0.014亿年前，其150公里宽的峰环构造由中央隆起坍塌形成。研究重点分析了两条从盆地边缘辐射延伸的峡谷状喷射纹，这些纹路由15个直径10-16公里的二次撞击坑串联构成，深度/直径比（d/D）现值为0.11-0.14，暗示原始撞击坑较浅的特征。

峡谷尺寸

Vallis Planck最深处达3.5公里，宽度27公里，其横截面与科罗拉多大峡谷Bright Angel小径剖面相当。值得注意的是，峡谷规模在连续喷射毯边界处出现突变，对应二次撞击体尺寸从<2 km（毯外）突增至5.2 km（毯内），反映喷射物集群效应的空间变化。

峡谷挖掘机制

计算显示喷射碎屑以近50%月球逃逸速度（2.38 km/s）飞行，形成峡谷的二次撞击发生在初始撞击后5-15分钟内。特别的是，两条主峡谷的延伸线交汇于盆地边缘（78.21947°S,143.71996°E）而非中心，暗示斜撞击轨迹——可能是33.5°西偏北（下喷射模式）或22.3°东偏北（侧向喷射模式）。

Artemis任务启示

轨迹分析表明大部分喷射物远离南极，使Artemis探索区仅覆盖42-176米厚的薛定谔喷射层（对称喷射模型预测值的1/4）。区域内3243个1-2公里直径的撞击坑可穿透该层，暴露出SPA盆地原始物质，为验证月球岩浆洋（LMO）理论和巨型撞击假说创造有利条件。

这项发表于《Nature Communications》的研究重塑了人类对月球撞击动力学的认知：地球大峡谷需要数百万年流水侵蚀，而月球的"大峡谷"却由小行星撞击瞬间完成。该成果不仅为Artemis任务采样策略提供科学依据，也为理解地球-月球系统早期演化开辟了新途径。通过揭示斜撞击产生的非对称喷射模式，研究还暗示地球上的希克苏鲁伯（Chicxulub）撞击坑可能具有相似形成机制，为白垩纪末生物大灭绝事件研究提供了重要类比。