Чому вплив космічного пилу є неминучим аспектом космічних подорожей

8 червня NASA повідомило, що його потужна нова космічна обсерваторія, космічний телескоп Джеймса Вебба, тепер має невеликий купол в одному з основних дзеркал після того, як його закидали в глибокий космос мікроскопічні метеори, більші, ніж очікувалося. Ця новина стала трохи шоком, оскільки удар стався лише через п’ять місяців після використання космічного телескопа, але такі удари є просто неминучим аспектом космічних подорожей, і неодмінно будуть нові атаки.

Незважаючи на те, що випливає з його назви, простір не зовсім порожній. У нашій Сонячній системі крихітні шматочки космічного пилу подорожують між нашими планетами з гігантською швидкістю, яка може досягати десятків тисяч миль на годину. Ці крихітні метеорити, розміром не більше піщинки, часто являють собою маленькі шматочки астероїдів чи комет, які розпалися й тепер обертаються навколо Сонця. Вони є всюди. Приблизна оцінка малих метеоритів у внутрішній Сонячній системі Їх загальна загальна маса оцінюється в 55 трильйонів тонн (Якби всі вони були об’єднані в одну скелю, вона була б розміром з невеликий острів.)

Це означає, що якщо ви відправите космічний корабель у глибокий космос, ваші інструменти в певний момент обов’язково зіткнуться з одним із цих маленьких шматочків космічної породи. Знаючи це, інженери космічних кораблів створять свої апарати з певним захистом, щоб захистити від ударів мікрометеоритів. Часто вони включають таке, що називається Whipple shielding, яке є спеціальним багатошаровим бар’єром. Якщо в щит потрапить маленький метеор, частинка пройде крізь перший шар і осколиться далі, тому другий шар зіткнеться з меншими частинками. Це екранування зазвичай використовується навколо чутливих компонентів космічного корабля для забезпечення додаткового захисту.

Але з космічним телескопом НАСА Джеймса Вебба, або JWST, все складніше. Дзеркала телескопа з золотим покриттям повинні бути піддані впливу космічного середовища, щоб належним чином збирати світло з далекого Всесвіту. І хоча ці дзеркала створені для того, щоб витримувати певний удар, вони нагадують качку для більших мікрометеороїдів, як-от той, який вдарив JWST у травні. Хоча мікрометеорит все ще був меншим за піщинку, він був більшим, ніж очікувало NASA — достатньо, щоб пошкодити одне з дзеркал.

Оператори космічних кораблів моделюють скупчення мікроскопічних метеоритів у космосі, щоб краще зрозуміти, як часто космічний корабель може зазнавати ударів у будь-якій частині Сонячної системи і якого розміру частинки можуть вдаритися в його прилад. Але до тих пір це не надійна система. «Це все можливо», — каже Девід Маласпіна, астрофізик з Університету Колорадо, який зосереджується на впливі космічного пилу на космічний корабель. край. «Ви можете просто сказати:« У мене є шанс вразити частинку такого розміру. «Але робите ви це чи ні, це випадково».

Мікрометеорити мають широкий спектр історій походження. Це можуть бути залишки від швидкісних зіткнень у космосі, які розбивають космічні камені на крихітні шматочки. Астероїди та комети також з часом піддаються бомбардуванню космічними частинками та фотонами від Сонця, викликаючи крихітні шматочки. Астероїд також може наблизитися до такої великої планети, як Юпітер, де сильна гравітаційна сила розтягує шматки скелі. Або об’єкт може підійти занадто близько до сонця і сильно нагрітися, в результаті чого каміння розшириться і розпадеться на шматки. Існують навіть мікроскопічні міжзоряні метеорити, що просто проходять через нашу Сонячну систему з далеких космічних околиць.

Швидкість, з якою ці частинки рухаються, залежить від області простору, в якій вони знаходяться, і шляху, який вони проходять навколо нашої зірки, в середньому приблизно 45 000 миль на годину або 20 кілометрів на секунду. Ударить він ваш космічний корабель чи ні, також залежить від того, де живе ваш космічний корабель і як швидко він рухається. Наприклад, NASA Parker Solar Probe є найближчим штучним об’єктом до Сонця на даний момент, він рухається з максимальною швидкістю понад 400 000 миль на годину. «Це до 4-ярдової лінії, у порівнянні з тим, що Земля знаходиться внизу на одному кінці», – говорить Маласпіна, яка зосередилася на вивченні впливу мікрометеоритів на сонячний зонд Parker. Він також рухається через найщільнішу частину області, званої зодіакальною хмарою, яка являє собою товстий диск космічних частинок, який пронизує нашу Сонячну систему. Таким чином, сонячний зонд Parker піддається піскоструминному обробці частіше, ніж JWST, і він стикається з цими частинками на неймовірно високій швидкості, ніж телескоп.

Сонячний зонд Parker дає нам краще зрозуміти мікрометеороїди навколо Сонця, Але ми також добре розуміємо населення навколо Землі. Коли маленький метеор потрапляє у верхні шари атмосфери навколо нашої планети, він згорає і утворює метеорний дим – крихітні, вимірні частинки диму. Кількість цього диму може сказати нам, скільки пилу потрапляє на Землю з часом. Крім того, були проведені експерименти на Міжнародній космічній станції, де матеріал був встановлений на зовнішній поверхні орбітальної лабораторії, щоб побачити, як часто його бомбили.

Фото: NASA

Хоча JWST живе приблизно за мільйон миль від Землі, він все ще відносно близько. Вчені також мають уявлення про те, що там відбувається на основі інших місій, які були відправлені на орбіту, подібну до орбіти JWST. Більшість речей, які потрапляють у телескоп, не так важливі. «Космічні апарати постійно вражають маленьких дітей», — каже Маласпіна. “Під невеликим я маю на увазі частки мікрона — набагато менші за людську волосину. І здебільшого космічні апарати цього навіть не помічають”. Насправді, JWST вже був вражений чотирма маленькими метеорами, перш ніж він вдарився у більший мікрометеорит у травні.

NASA моделювало середовище мікрометеоритів до запуску JWST, але в світлі недавнього впливу агентство зібрало нову команду, щоб удосконалити свої моделі та краще передбачити, що може статися з телескопом після майбутніх ударів. Моделювання поточних мікрометеоритів буде намагатися передбачити такі речі, як те, як сміття пошириться по орбіті, якщо впаде астероїд або комета. Цей тип уламків є більш динамічним, каже Маласпіна, що ускладнює прогнозування.

Однак, зрештою, передбачення просто дасть вам більше знань про це коли Космічний корабель міг вдарити велику порошинку. Подібні одноразові ефекти просто неминучі. Виверження JWST триватиме з часом, але це була ймовірність, до якої NASA завжди готувалося. «Ви просто повинні жити з можливістю того, що ви врешті-решт зіткнетеся з частинками розміром з пил, і ви докладете максимум зусиль з інженерією», – каже Маласпіна.