8 czerwca NASA ujawniła, że jej potężne nowe obserwatorium kosmiczne, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, ma teraz małą kopułę w jednym ze swoich zwierciadeł głównych po tym, jak została obrzucona przez większe niż oczekiwano mikroskopijne meteory w głębokim kosmosie. Wiadomość była nieco szokująca, ponieważ uderzenie miało miejsce zaledwie pięć miesięcy po uruchomieniu teleskopu kosmicznego – ale takie uderzenia są po prostu nieuniknionym aspektem podróży kosmicznych, a kolejne ataki z pewnością nadejdą.
Wbrew nazwie, przestrzeń nie jest całkowicie pusta. W naszym Układzie Słonecznym maleńkie cząsteczki pyłu kosmicznego przemieszczają się przez regiony między naszymi planetami z gigantycznymi prędkościami, które mogą sięgać dziesiątek tysięcy mil na godzinę. Te maleńkie meteoryty, nie większe niż ziarnko piasku, są często małymi kawałkami asteroid lub komet, które rozpadły się i teraz krążą wokół Słońca. Są wszędzie. Zgrubne oszacowanie małych meteorytów w wewnętrznym Układzie Słonecznym Ich łączna masa szacowana jest na 55 bilionów ton (Gdyby wszystkie zostały połączone w jedną skałę, byłaby wielkości małej wyspy).
Oznacza to, że jeśli wyślesz statek kosmiczny w głęboką przestrzeń, twoje instrumenty z pewnością w pewnym momencie wpadną na jeden z tych małych kawałków kosmicznej skały. Wiedząc o tym, inżynierowie statków kosmicznych zbudują swoje pojazdy z pewnymi zabezpieczeniami, aby chronić przed uderzeniami mikrometeorytów. Często zawierają coś, co nazywa się osłoną Whipple, która jest specjalną, wielowarstwową barierą. Jeśli w tarczę uderzy mały meteor, cząsteczka przejdzie przez pierwszą warstwę i rozdrobni się dalej, tak że druga warstwa zderzy się z mniejszymi cząsteczkami. Ta osłona jest zwykle stosowana wokół wrażliwych elementów statku kosmicznego, aby zapewnić dodatkową ochronę.
Ale w przypadku Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) NASA sprawa jest bardziej skomplikowana. Pokryte złotem lustra teleskopowe muszą być wystawione na działanie środowiska kosmicznego, aby prawidłowo zbierać światło z odległego wszechświata. I chociaż te lustra są zbudowane tak, aby wytrzymać pewne uderzenia, są trochę jak siedząca kaczka do większych uderzeń mikrometeoroidów, takich jak to, które uderzyło w JWST w maju. Chociaż mikrometeoryt był wciąż mniejszy niż ziarnko piasku, był większy niż oczekiwała NASA – wystarczająco, by uszkodzić jedno z luster.
Operatorzy statków kosmicznych modelują zespoły mikroskopijnych meteorytów w kosmosie, aby lepiej zrozumieć, jak często statek kosmiczny może zostać uderzony w dowolną część Układu Słonecznego – i jakiego rozmiaru cząstki mogą uderzyć w jego instrument. Ale do tego czasu nie jest to niezawodny system. „To wszystko jest możliwe” – mówi David Malaspina, astrofizyk z University of Colorado, który skupia się na wpływie pyłu kosmicznego na statki kosmiczne. krawędź. „Możesz po prostu powiedzieć: „Mam szansę trafienia cząstki o takiej wielkości. „Ale czy to robisz, czy nie, dzieje się tak przez przypadek”.
Mikrometeoryty mają wiele historii pochodzenia. Mogą to być pozostałości po zderzeniach z dużą prędkością w kosmosie, które rozbijają kosmiczne skały na drobne kawałki. Asteroidy i komety są również z czasem bombardowane przez cząstki kosmiczne i fotony ze Słońca, powodując drobne strzępy. Asteroida może również zbliżyć się do planety tak dużej jak Jowisz, gdzie silne przyciąganie grawitacyjne rozciąga kawałki skał. Lub obiekt może zbliżyć się zbyt blisko słońca i bardzo się nagrzać, powodując rozszerzanie się skał i rozpadanie się na kawałki. Istnieją nawet mikroskopijne meteoryty międzygwiezdne, które właśnie przechodzą przez nasz Układ Słoneczny z odległych kosmicznych sąsiedztw.
Prędkość, z jaką te cząstki się poruszają, zależy od regionu przestrzeni, w którym się znajdują, oraz drogi, jaką obierają wokół naszej gwiazdy, średnio około 45 000 mil na godzinę, czyli 20 kilometrów na sekundę. To, czy uderzy w twój statek kosmiczny, zależy również od tego, gdzie twój statek kosmiczny mieszka w kosmosie i jak szybko się porusza. Na przykład sonda Parker Solar Probe z NASA jest w tej chwili najbliżej Słońca obiektem stworzonym przez człowieka, poruszającym się z maksymalną prędkością ponad 400 000 mil na godzinę. „To do linii 4 jardów, w porównaniu do Ziemi znajdującej się w jednym obszarze końcowym” – mówi Malaspina, która skupiła się na badaniu wpływu mikrometeorytów na sondę Parker Solar Probe. Porusza się również przez najgęstszą część regionu zwanego obłokiem zodiaku, który jest grubym dyskiem cząstek kosmicznych, który przenika nasz Układ Słoneczny. Tak więc sonda Parker Solar Probe jest częściej atakowana piaskiem niż JWST – i zderza się z tymi cząsteczkami z niewiarygodnie dużą prędkością niż teleskop.
Sonda Parker Solar Probe pozwala nam lepiej zrozumieć mikrometeoroidy wokół Słońca, Ale dobrze rozumiemy również populację na Ziemi. Kiedy mały meteor uderza w górną warstwę atmosfery wokół naszej planety, spala się i tworzy dym meteorytu – maleńkie, mierzalne cząsteczki dymu. Ilość tego dymu może nam powiedzieć, ile pyłu uderza w Ziemię w czasie. Ponadto przeprowadzono eksperymenty na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, gdzie materiał zainstalowano na zewnętrznej powierzchni orbitującego laboratorium, aby zobaczyć, jak często był bombardowany.
Chociaż JWST mieszka około miliona mil od Ziemi, wciąż jest stosunkowo blisko. Naukowcy mają również wyobrażenie o tym, co tam jest na podstawie innych misji, które zostały wysłane na orbitę podobną do orbity JWST. Większość rzeczy, które trafiają do teleskopu, nie jest aż tak ważna. „Statek kosmiczny cały czas uderza w małe dzieci” — mówi Malaspina. „Mam na myśli ułamki mikrona – znacznie mniejsze niż ludzki włos. A w większości statki kosmiczne nawet tego nie zauważają.” W rzeczywistości JWST został już uderzony przez cztery małe meteory, zanim w maju uderzył w większy mikrometeoryt.
NASA modelowała środowisko mikrometeorytów przed wystrzeleniem JWST, ale w świetle niedawnego uderzenia agencja powołała nowy zespół, aby ulepszyć swoje modele i lepiej przewidzieć, co może się stać z teleskopem po przyszłych uderzeniach. Modelowanie obecnych mikrometeorytów będzie próbą przewidywania takich rzeczy, jak rozprzestrzenienie się szczątków po orbicie w przypadku awarii asteroidy lub komety. Jak mówi Malaspina, ten rodzaj wraku jest bardziej dynamiczny, przez co trudniej go przewidzieć.
Jednak pod koniec dnia przewidywanie po prostu da ci więcej wiedzy na ten temat gdy Statek kosmiczny mógłby uderzyć w dużą plamkę kurzu. Takie jednorazowe efekty są po prostu nieuniknione. Erupcja JWST będzie trwała z biegiem czasu, ale NASA zawsze się na to przygotowywała. „Musisz po prostu żyć z możliwością, że w końcu wpadniesz na niektóre cząstki wielkości pyłu i robisz wszystko, co w twojej mocy, w inżynierii” – mówi Malaspina.
