Почему воздействие космической пыли является неизбежным аспектом космических путешествий

8 июня НАСА сообщило, что его новая мощная космическая обсерватория, космический телескоп Джеймса Уэбба, теперь имеет небольшой купол в одном из главных зеркал после того, как его забросали более крупными, чем ожидалось, микроскопическими метеорами в глубоком космосе. Эта новость стала немного шокирующей, потому что столкновение произошло всего через пять месяцев после начала эксплуатации космического телескопа, но подобные удары — просто неизбежный аспект космических путешествий, и наверняка будут новые атаки.

Несмотря на то, что предполагает его название, пространство не совсем пустое. В нашей Солнечной системе крошечные частицы космической пыли перемещаются через регионы между нашими планетами с гигантскими скоростями, которые могут достигать десятков тысяч миль в час. Эти крошечные метеориты, размером не больше песчинки, часто представляют собой маленькие кусочки астероидов или комет, которые распались и теперь вращаются вокруг Солнца. Они повсюду. Грубая оценка малых метеоритов во внутренней Солнечной системе Их совокупная общая масса оценивается в 55 триллионов тонн. (Если бы все они были объединены в одну скалу, она была бы размером с небольшой остров.)

Это означает, что если вы отправите космический корабль в дальний космос, ваши инструменты обязательно в какой-то момент наткнутся на один из этих маленьких кусочков космического камня. Зная это, инженеры космических кораблей будут строить свои аппараты с определенной защитой от ударов микрометеоритов. Часто они включают в себя нечто, называемое защитой Уиппла, которая представляет собой специальный многослойный барьер. Если в щит ударит небольшой метеорит, частица пройдет через первый слой и фрагментируется дальше, поэтому второй слой столкнется с более мелкими частицами. Это экранирование обычно используется вокруг чувствительных компонентов космического корабля для обеспечения дополнительной защиты.

READ  Огромный и загадочный взрыв, обнаруженный в глубоком космосе, поражает ученых

Но с космическим телескопом Джеймса Уэбба НАСА, или JWST, все сложнее. Позолоченные зеркала телескопов должны подвергаться воздействию космической среды, чтобы должным образом собирать свет из далекой вселенной. И хотя эти зеркала сконструированы так, чтобы выдерживать некоторые удары, они являются чем-то вроде сидячей утки для более крупных ударов микрометеоритов, таких как тот, который обрушился на JWST в мае. Хотя микрометеорит все еще был меньше песчинки, он был больше, чем предсказывало НАСА, — достаточно, чтобы повредить одно из зеркал.

Операторы космических кораблей моделируют скопления микроскопических метеоритов в космосе, чтобы лучше понять, как часто космический корабль может сталкиваться с какой-либо частью Солнечной системы — и частицы какого размера могут столкнуться с его инструментом. Но до тех пор это не надежная система. «Все это возможно», — говорит Дэвид Маласпина, астрофизик из Университета Колорадо, который занимается изучением воздействия космической пыли на космические корабли. край. «Вы можете просто сказать: «У меня есть шанс попасть в частицу такого размера». «Но независимо от того, делаете вы это или нет, это происходит по воле случая».

Примеры различных типов защиты Уиппла
Фото: НАСА

Микрометеориты имеют широкий спектр историй происхождения. Они могут быть остатками продуктов высокоскоростных столкновений в космосе, которые разбивают космические камни на мелкие кусочки. Астероиды и кометы также со временем подвергаются бомбардировке космическими частицами и фотонами Солнца, в результате чего из них выходят крошечные кусочки. Астероид также может приблизиться к планете размером с Юпитер, где сильное гравитационное притяжение растягивает куски породы. Или объект может подойти слишком близко к солнцу и сильно нагреться, в результате чего камни расширятся и разобьются на куски. Есть даже микроскопические межзвездные метеориты, проходящие через нашу солнечную систему из более отдаленных космических районов.

Скорость, с которой движутся эти частицы, зависит от области пространства, в которой они находятся, и пути, который они проходят вокруг нашей звезды, в среднем около 45 000 миль в час или 20 километров в секунду. Ударит ли он ваш космический корабль или нет, также зависит от того, где находится ваш космический корабль и как быстро он движется. Например, солнечный зонд НАСА Parker является ближайшим к Солнцу искусственным объектом на данный момент, движущимся с максимальной скоростью более 400 000 миль в час. «Это до 4-х ярдовой линии, по сравнению с Землей, находящейся полностью внизу на одном конце», — говорит Маласпина, которая сосредоточилась на изучении воздействия микрометеоритов на солнечный зонд Parker. Он также движется через самую плотную часть области, называемой зодиакальным облаком, которое представляет собой толстый диск космических частиц, пронизывающий нашу Солнечную систему. Таким образом, солнечный зонд Parker подвергается пескоструйной очистке чаще, чем JWST, и сталкивается с этими частицами на невероятно высоких скоростях, чем это сделал бы телескоп.

Зонд Parker Solar Probe дает нам лучшее представление о микрометеоритах вокруг Солнца. Но у нас также есть хорошее представление о населении Земли. Когда микрометеорит попадает в верхние слои атмосферы вокруг нашей планеты, он сгорает и образует метеоритный дым — крошечные, поддающиеся измерению частицы дыма. Количество этого дыма может сказать нам, сколько пыли падает на Землю с течением времени. Кроме того, проводились эксперименты на Международной космической станции, где материал устанавливался на внешней поверхности орбитальной лаборатории, чтобы посмотреть, как часто ее бомбят.

Художественная выставка солнечного зонда НАСА Parker Solar Probe
Фото: НАСА

Хотя JWST живет примерно в миллионе миль от Земли, он все еще относительно близко. У ученых также есть представление о том, что там происходит, на основе других миссий, отправленных на орбиту, аналогичную орбите JWST. Большинство вещей, попавших в телескоп, не так важны. «Космические аппараты постоянно сбивают маленьких детей, — говорит Маласпина. «Под малой я имею в виду доли микрона — намного меньше человеческого волоса. И по большей части космический корабль этого даже не замечает». На самом деле, JWST уже четыре раза подвергался ударам крошечных микрометеоритов, прежде чем более крупные микрометеориты столкнулись с ним в мае.

НАСА смоделировало среду микрометеоритов перед запуском JWST, но в свете недавнего удара агентство собрало новую команду, чтобы улучшить свои модели и лучше предсказать, что может произойти с телескопом после будущих ударов. Моделирование современных микрометеоритов попытается предсказать, например, как обломки будут распространяться по орбите в случае падения астероида или кометы. Маласпина говорит, что этот тип крушения более динамичен, что затрудняет его прогнозирование.

Однако, в конце концов, предсказание просто даст вам больше информации об этом. когда Космический корабль может столкнуться с крупной пылинкой. Такие разовые эффекты просто неизбежны. Извержение JWST будет продолжаться с течением времени, но НАСА всегда готовилось к такой возможности. «Вам просто нужно жить с возможностью того, что вы в конечном итоге столкнетесь с частицами размером с пыль, и вы делаете все возможное с инженерией», — говорит Маласпина.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.