来自麻省理工学院和其他地方的科学家们重建了38亿年前造成月球上最大陨石坑之一的极端碰撞。该研究小组追溯了月球在大碰撞后最初几个小时内的剧烈反应，并确定了这些事件后形成的大型、多环盆地的过程。
这些发现发表在今天的两篇杂志上科学在行星形成后不久，巨大的撞击是如何塑造了月球甚至地球上生命的进化的。
该小组的研究结果与月球的东方盆地有关，这是一个广阔的、牛眼状的凹陷，位于月球的西南边缘，从地球上几乎看不到。盆地被三个同心圆环绕，最大的一个直径达580英里，大约是马萨诸塞州的三倍宽。到目前为止，还不清楚如此巨大的多环盆地是如何形成的。
使用收集的数据由NASA的重力恢复和内部实验室(大盘)任务,研究人员确定,距今3.8盆地是由一个巨大的撞击器,打一个初始,瞬态坑到月球表面,测量直径285英里——纽约州一样宽。
研究人员计算出，这次撞击使至少816000立方英里的月球外壳粉碎性地从撞击地点飞出，这一数量相当于五大湖总和的135倍。
该团队在计算机模拟中模拟出的喷射物质，像潮汐波一样上升，然后坠落到月球表面，在整个地壳中形成巨大的断层，并在月球表面形成两个同心的岩石墙，每一个都上升了几公里高。根据模拟结果，大部分的动作都发生在几个小时内。
麻省理工学院负责研究的副主席、地球物理学E.A.格里斯沃尔德教授Maria Zuber说，如果如此巨大、猛烈的撞击正在撞击月球，那么它们对地球的影响肯定是相同的，如果不是更多的话。
“有趣的是，这是在第一个生命形式开始出现在地球上的时候，”Zuber说，他是GRAIL的首席研究员和其中一项研究的主要作者科学论文。“这些非常大的撞击可能来了，消毒了表面，天知道有多少次新生生命开始了，停止了，不得不重新开始。这些影响是多么灾难性，真是令人惊讶。”
飞得很低
该团队的结果是基于GRAIL的孪生航天器所测量到的重力场，该航天器于2012年1月至12月中旬绕月球运行。在任务的最后几天，GRAIL探测器被设定飞到东方盆地上空，将其高度降至盆地环上方1.2英里——甚至低于商用飞机飞越地球的高度。由于飞行距离非常接近地面，探测器能够以高空间分辨率测量该盆地的重力场，为科学家提供了月球内部质量分布的精确地图。
指挥这次任务并领导了探测器路线规划的Zuber指出，东方盆地是月球上保存最完好的大型撞击盆地，自它最初形成以来几乎没有发生变化。由于这个原因，该盆地被认为是月球和地球经历过的一个相对原始的例子，在那个时期，太阳系被大规模的、灾难性的撞击所主宰。
“有趣的是，如果你抬头看月球，你会看到所有这些陨石坑，而地球过去也是这样——它经历了非常相似的轰击历史，”Zuber说。“在试图重建这一时期存在的极端环境条件时，通过研究月球上的盆地，我们可以更清楚地了解过去，因为这些影响的记录在地球上没有保存下来。”
测量的影响
两篇论文中的一篇科学， Zuber和她的同事分析了GRAIL的重力场测量结果，并能够解决一个关键的谜题，即陨石坑的大小和位置，即小行星从月球表面喷发物质时产生的最初凹陷。在较小的撞击中，短暂的陨石坑大部分被保存了下来。但在非常大的碰撞中，短暂的陨石坑会因为目标地壳的强度下降而坍塌，从而抹去了任何有关撞击者大小的迹象。
在东方盆地的例子中，许多科学家曾认为它的三个环中的一个可能代表了短暂的陨石坑。但对该盆地重力场的最新测量显示，这个短暂的陨石坑可能位于两个内环之间的某个地方，直径约为200至300英里。根据短暂撞击坑的大小，研究小组估计，最初的撞击摧毁了约81.6万立方英里的月球地壳。重力信号还显示，在盆地的两个外环下面存在着两个巨大的断层。
“这篇论文中真正令人兴奋的结果之一是，外层的两个盆地环对应着巨大的断层，”Zuber说。“我们能够检测到，这些断层似乎已经完全穿透了地壳，进入了地幔，这是很了不起的。”
做一个靶心
在第二篇论文中，由Zuber小组的前麻省理工学院博士后、现任布朗大学助理教授的Brandon Johnson领导的团队创建了一个计算机模拟，以重建造成东方盆地的最初撞击后的最初几个小时。该团队在不同的条件下进行了多次模拟，直到最后的盆地及其同心圆环与GRAIL的观测结果相匹配。
根据这些模拟，研究小组估计，这个盆地是由一个40英里宽的物体雕刻出来的，该物体以每秒9英里(约合每秒3.24万英里)的速度与月球相撞。撞击粉碎了下面的地壳，冲击波的传播和随后的释放导致物质上升，然后又坠落，在接下来的两个小时里像波浪一样来回晃动。这些物质最终以盆地最外层两个环的形式沉降到地表，每个环都上升了几公里高。整个过程抹去了最初陨石坑的痕迹。
模拟结果表明，盆地最内层环是由不同的过程形成的。虽然较小的撞击会导致陨石坑中的物质向内流动，在中间形成一个土丘，但东方红的中央土丘太大了，所以不稳定。这些物质最终崩塌，形成了盆地最内环。
“最终，这告诉我们的是，行星的早期历史，在地球上生命发展的时候，是一个极其恶劣的环境，”Zuber说。“有些极端的、充满活力的事件造成了非常困难的环境条件。也许这就是生命如此顽强的原因，因为在这些灾难性事件之后，生命形式以某种方式发展了起来。他们是顽强的小家伙。”
这项研究得到了NASA Discovery Program的支持。这些论文的作者来自麻省理工学院，包括大卫·史密斯、卡特琳娜Miljković和杰森·索德布洛姆。
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