Miért elkerülhetetlen az űrutazás során az űrpornak való kitettség?

Június 8-án a NASA felfedte, hogy nagy teljesítményű új űrobszervatóriumának, a James Webb Űrteleszkópnak az egyik elsődleges tükrében kis kupola van, miután azt a vártnál nagyobb mikroszkopikus meteorok dobták ki a mélyűrben. A hír kissé megdöbbentő volt, mivel a becsapódás mindössze öt hónappal az űrteleszkóp működése után következett be – de az ilyen csapások egyszerűen az űrutazás elkerülhetetlen velejárói, és minden bizonnyal újabb támadások jönnek.

Annak ellenére, amit a neve sugall, a tér nem teljesen üres. Naprendszerünkön belül az űrpor apró darabjai óriási sebességgel haladnak át a bolygóink közötti területeken, amelyek elérhetik a több tízezer mérföldet óránként. Ezek az apró meteoritok, amelyek nem nagyobbak egy homokszemnél, gyakran kisbolygók vagy üstökösök apró darabjai, amelyek feltörtek, és most a Nap körül keringenek. Mindenhol ott vannak. A belső Naprendszer kis meteoritjainak durva becslése Összesített össztömegüket 55 billió tonnára becsülik (Ha mindegyiket egy sziklába egyesítenék, akkora lenne, mint egy kis sziget.)

Ez azt jelenti, hogy ha egy űrhajót küldesz a mélyűrbe, a műszereid biztosan beleütköznek egy ilyen kis űrsziklába. Ennek tudatában az űrhajómérnökök bizonyos védelemmel fogják megépíteni járműveiket, hogy megvédjék a mikrometeorit-csapásokat. Gyakran tartalmaznak valami úgynevezett Whipple árnyékolást, amely egy speciális, többrétegű akadály. Ha a pajzsot egy kis meteor éri, a részecske áthalad az első rétegen és tovább töredez, így a második réteg kisebb részecskékkel ütközik. Ezt az árnyékolást általában az űrhajók érzékeny alkatrészei körül használják, hogy további védelmet nyújtsanak.

De a NASA James Webb Űrteleszkópjával vagy a JWST-vel ez bonyolultabb. Az arany bevonatú teleszkóptükröket ki kell tenni az űrkörnyezet hatásának, hogy megfelelően összegyűjtsék a távoli univerzum fényét. És bár ezek a tükrök úgy készültek, hogy ellenálljanak bizonyos ütéseknek, kissé ülő kacsa a nagyobb mikrometeoroid csapásokhoz, mint amilyen a JWST májusban történt. Bár a mikrometeorit még mindig kisebb volt egy homokszemnél, nagyobb volt, mint amire a NASA számított – elég ahhoz, hogy megsérüljön az egyik tükör.

Az űrjárművek üzemeltetői az űrben lévő mikroszkopikus meteoritok együtteseit modellezik, hogy jobban megértsék, milyen gyakran érhetnek el egy űrhajót a Naprendszer bármely részén – és milyen méretű részecskék ütközhetnek a műszerébe. De addig ez nem egy bolondbiztos rendszer. „Minden lehetséges” – mondja David Malaspina, a Colorado Egyetem asztrofizikusa, aki a kozmikus por űrhajókra gyakorolt ​​hatásával foglalkozik. az él. „Csak azt mondhatod: „Van esélyem eltalálni ekkora részecskét. „De akár megteszed, akár nem, ez a véletlennek köszönhető.”

A mikrometeoritoknak sokféle eredettörténetük van. Lehetnek az űrben bekövetkezett nagysebességű ütközésekből származó maradék termékek, amelyek apró darabokra törik az űrsziklákat. Az aszteroidákat és üstökösöket idővel a Nap űrszemcséi és fotonjai is bombázzák, apró szilánkokat okozva. Az aszteroida közel kerülhet egy akkora bolygóhoz is, mint a Jupiter, ahol az erős gravitációs vonzás szikladarabokat feszít ki. Vagy egy tárgy túl közel kerülhet a naphoz, és nagyon felmelegszik, aminek következtében a sziklák kitágulnak és darabokra törnek. Vannak még mikroszkopikus méretű csillagközi meteoritok is, amelyek éppen áthaladnak a Naprendszerünkön távoli kozmikus környékekről.

Ezeknek a részecskéknek a mozgási sebessége attól függ, hogy a tér melyik régiójában vannak, és a csillagunk körül megtett úttól, átlagosan körülbelül 45 000 mérföld per óra vagy 20 kilométer per másodperc. Az, hogy eltalálja-e az űrszondát, attól is függ, hogy hol él és milyen gyorsan mozog. Például a NASA Parker Solar Probe szondája jelenleg a legközelebbi ember alkotta objektum a Naphoz, és több mint 400 000 mérföld/órás végsebességgel mozog. „Ez a 4 yardos vonalig tart, ahhoz képest, hogy a Föld az egyik végében van” – mondja Malaspina, aki a mikrometeoritok Parker Solar Probe-ra gyakorolt ​​hatásának tanulmányozására összpontosított. Ezenkívül áthalad a zodiákus felhőnek nevezett régió legsűrűbb részén, amely egy vastag űrrészecskék korongja, amely áthatja a naprendszerünket. Tehát a Parker Solar Probe gyakrabban kerül homokfúvás alá, mint a JWST – és hihetetlenül nagy sebességgel ütközik ezekkel a részecskékkel, mint egy távcső.

A Parker Solar Probe segítségével jobban megérthetjük a Nap körüli mikrometeoroidokat, De jól ismerjük a Föld körüli lakosságot is. Amikor egy kis meteor becsapódik a bolygónk körüli felső atmoszférába, kiég, és meteorfüstöt hoz létre – apró, mérhető füstrészecskéket. Ennek a füstnek a mennyisége megmondhatja, hogy idővel mennyi por éri a Földet. Emellett a Nemzetközi Űrállomáson is végeztek kísérleteket, ahol az anyagot a keringő laboratórium külső felületére helyezték, hogy megnézzék, milyen gyakran bombázzák.

Fotó: NASA

Míg a JWST körülbelül egymillió mérföldre él a Földtől, még mindig viszonylag közel van. A tudósoknak más, a JWST-hez hasonló pályára küldött küldetések alapján is van fogalmuk arról, hogy mi van. A teleszkópot eltaláló dolgok többsége nem olyan fontos. „Az űrhajók mindig kisgyerekeket találtak el” – mondja Malaspina. „Részletesen a mikron töredékeire gondolok – sokkal kisebbre, mint egy emberi hajszál. És az űrhajók ezt többnyire észre sem veszik.” Valójában a JWST-t már négy kis meteor érte, mielőtt májusban elérte volna a nagyobb mikrometeoritot.

A NASA a JWST fellövése előtt modellezte a mikrometeoritok környezetét, de a közelmúlt hatásának fényében az ügynökség új csapatot állított össze, hogy javítsák modelljeit, és jobban megjósolják, mi történhet a teleszkóppal a jövőbeli becsapódások után. A jelenlegi mikrometeoritok modellezése megpróbálja megjósolni a dolgokat, például azt, hogy a törmelék hogyan terjed a pályán, ha egy aszteroida vagy üstökös becsapódik. Az ilyen típusú roncsok dinamikusabbak, mondja Malaspina, ami megnehezíti az előrejelzést.

Azonban a nap végén az előrejelzés egyszerűen több tudást ad róla mikor Egy űrhajó nagy porszemet üthet el. Az ilyen egyszeri hatások egyszerűen elkerülhetetlenek. A JWST kitörés az idő múlásával folytatódni fog, de erre a lehetőségre a NASA mindig is készült. „Csak élni kell azzal a lehetőséggel, hogy végül beleütközik néhány porméretű részecskébe, és mindent megtesz a mérnöki munkával” – mondja Malaspina.