Защо излагането на космически прах е неизбежен аспект на космическото пътуване

На 8 юни НАСА разкри, че нейната мощна нова космическа обсерватория, космическият телескоп Джеймс Уеб, вече има малък купол в едно от основните си огледала, след като беше захвърлен от по-големи от очакваното микроскопични метеори в дълбокия космос. Новината дойде като малко шок, тъй като ударът се случи само пет месеца след мандата на космическия телескоп – но удари като тези са просто неизбежен аспект от космическото пътуване и със сигурност ще дойдат още атаки.

Въпреки това, което подсказва името му, пространството не е напълно празно. В рамките на нашата слънчева система малки парченца космически прах пътуват през регионите между нашите планети с гигантски скорости, които могат да достигнат десетки хиляди мили в час. Тези малки метеорити, не по-големи от пясъчно зърно, често са малки парченца астероиди или комети, които се разпаднаха и сега обикалят около слънцето. Те са навсякъде. Груба оценка на малки метеорити във вътрешната слънчева система Общата му обща маса се оценява на 55 трилиона тона (Ако всички те бяха комбинирани в една скала, тя би била с размерите на малък остров.)

Това означава, че ако изпратите космически кораб в дълбокия космос, вашите инструменти със сигурност ще се блъснат в едно от тези малки парченца космическа скала в даден момент. Знаейки това, инженерите на космическите кораби ще изградят своите превозни средства с определени защити, за да се предпазят от удари на микрометеорити. Често те включват нещо, наречено Whipple shielding, което е специална, многопластова бариера. Ако щитът бъде ударен от малък метеор, частицата ще премине през първия слой и ще се фрагментира по-нататък, така че вторият слой ще се сблъска с по-малки частици. Това екраниране обикновено се използва около чувствителни компоненти на космически кораб, за да осигури допълнителна защита.

Но с космическия телескоп Джеймс Уеб на НАСА или JWST е по-сложно. Телескопните огледала със златно покритие трябва да бъдат изложени на космическата среда, за да събират правилно светлината от далечната вселена. И докато тези огледала са създадени да издържат на някакъв удар, те са нещо като седяща патица за по-големи микрометеороидни удари, като този, който удари JWST през май. Въпреки че микрометеоритът все още беше по-малък от песъчинка, той беше по-голям, отколкото НАСА очакваше – достатъчно, за да повреди едно от огледалата.

Операторите на космически кораби моделират групите от микроскопични метеорити в космоса, за да разберат по-добре колко често космически кораб може да бъде ударен в дадена част от Слънчевата система – и частици с какъв размер могат да ударят неговия инструмент. Но дотогава това не е надеждна система. „Всичко това е възможност“, казва Дейвид Маласпина, астрофизик от Университета в Колорадо, който се фокусира върху ефектите на космическия прах върху космическите кораби. ръбът. „Можете просто да кажете:„ Имам шанс да уцеля този размер на частица. „Но независимо дали го правите или не, това се дължи на случайност.”

Микрометеоритите имат широк спектър от истории за произход. Те могат да бъдат остатъчни продукти от високоскоростни сблъсъци в космоса, които разбиват космическите скали на малки парченца. Астероидите и кометите също са бомбардирани с течение на времето от космически частици и фотони от Слънцето, причинявайки малки парченца. Астероидът може също да се приближи до планета, голяма като Юпитер, където силното гравитационно привличане разтяга парчета скала. Или обект може да се приближи твърде близо до слънцето и да се нагорещи много, което да накара скалите да се разширят и да се счупят на парчета. Има дори микроскопични междузвездни метеорити, които просто преминават през нашата слънчева система от далечни космически квартали.

Скоростта, с която тези частици се движат, зависи от региона на пространството, в който се намират, и пътя, който изминават около нашата звезда, средно около 45 000 мили в час или 20 километра в секунда. Дали ще удари вашия космически кораб или не зависи и от това къде живее вашият космически кораб и колко бързо се движи. Например, слънчевата сонда Parker на НАСА е най-близкият обект, създаден от човека до слънцето в момента, като се движи с максимална скорост от повече от 400 000 мили в час. „Това е до линията от 4 ярда, в сравнение със Земята, която е надолу в единия край“, казва Маласпина, която се е фокусирала върху изучаването на ефектите на микрометеоритите върху слънчевата сонда Parker. Той също така се движи през най-плътната част на регион, наречен зодиакален облак, който представлява дебел диск от космически частици, който прониква в нашата слънчева система. Така че слънчевата сонда Parker е подложена на пясъчна атака по-често от JWST – и се сблъсква с тези частици с невероятно високи скорости, отколкото би могъл телескоп.

Слънчевата сонда Parker ни дава по-добро разбиране на микрометеоритите около слънцето, Но ние също разбираме добре населението около Земята. Когато малък метеор удари горната атмосфера около нашата планета, той изгаря и създава метеорен дим – малки, измерими частици дим. Количеството на този дим може да ни каже колко прах удря Земята с течение на времето. Освен това имаше експерименти на Международната космическа станция, където материалът беше инсталиран на външната повърхност на орбиталната лаборатория, за да се види колко често е бомбардиран.

Снимка: НАСА

Докато JWST живее на около милион мили от Земята, все още е сравнително близо. Учените също имат представа какво има на базата на други мисии, изпратени в орбита, подобна на тази на JWST. Повечето неща, които удрят телескопа, не са толкова важни. „Космически кораб удря малки деца през цялото време“, казва Маласпина. „Под малко имам предвид части от микрона – много по-малки от човешка коса. И в по-голямата си част космическите кораби дори не го забелязват.“ Всъщност JWST вече беше ударен от четири малки метеора, преди да удари по-големия микрометеорит през май.

НАСА моделира средата на микрометеоритите преди изстрелването на JWST, но в светлината на скорошното въздействие, агенцията е събрала нов екип, за да подобри своите модели и по-добре да предвиди какво може да се случи с телескопа след бъдещи удари. Моделирането на текущи микрометеорити ще се опита да предскаже неща като това как отломките ще се разпространят през орбита, ако астероид или комета се разбият. Този тип развалини са по-динамични, казва Маласпина, което прави по-трудно прогнозирането.

Въпреки това, в края на деня прогнозата просто ще ви даде повече знания за това кога Космически кораб може да удари голяма прашинка. Еднократните ефекти като този са просто неизбежни. Изригването на JWST ще продължи с течение на времето, но това беше възможност, за която НАСА винаги се е подготвяла. „Просто трябва да живеете с възможността в крайна сметка да се сблъскате с частици с размер на прах и правите всичко възможно с инженерството“, казва Маласпина.