Waarom blootstelling aan ruimtestof een onvermijdelijk aspect is van ruimtereizen

Op 8 juni onthulde NASA dat zijn krachtige nieuwe ruimteobservatorium, de James Webb Space Telescope, nu een kleine koepel in een van zijn primaire spiegels heeft nadat het werd bekogeld door groter dan verwachte microscopisch kleine meteoren in de verre ruimte. Het nieuws kwam als een schok omdat de impact zich pas vijf maanden na de ambtstermijn van de ruimtetelescoop voordeed – maar stakingen als deze zijn gewoon een onvermijdelijk aspect van ruimtereizen, en er zullen zeker nog meer aanvallen volgen.

Ondanks wat de naam doet vermoeden, is de ruimte niet helemaal leeg. Binnen ons zonnestelsel reizen kleine stukjes ruimtestof door de gebieden tussen onze planeten met gigantische snelheden die tienduizenden mijlen per uur kunnen bereiken. Deze minuscule meteorieten, niet groter dan een zandkorrel, zijn vaak kleine stukjes asteroïden of kometen die uiteenvielen en nu in een baan om de zon draaien. Ze zijn overal. Een ruwe schatting van kleine meteorieten in het binnenste zonnestelsel Hun gecombineerde totale massa wordt geschat op 55 biljoen ton (Als ze allemaal in één rots zouden worden gecombineerd, zou het ongeveer zo groot zijn als een klein eiland.)

Dit betekent dat als je een ruimtevaartuig de diepe ruimte in stuurt, je instrumenten op een gegeven moment zeker tegen een van deze kleine stukjes ruimterots zullen botsen. Dit wetende, zullen ruimtevaartuigingenieurs hun voertuigen bouwen met bepaalde beschermingen om te beschermen tegen micro-meteorietaanvallen. Vaak bevatten ze iets dat Whipple-afscherming wordt genoemd, wat een speciale, meerlagige barrière is. Als het schild wordt geraakt door een kleine meteoor, zal het deeltje door de eerste laag gaan en verder fragmenteren, waardoor de tweede laag in botsing komt met kleinere deeltjes. Deze afscherming wordt meestal gebruikt rond gevoelige onderdelen van een ruimtevaartuig om extra bescherming te bieden.

Maar met NASA’s James Webb Space Telescope, of JWST, is het ingewikkelder. Vergulde telescoopspiegels moeten worden blootgesteld aan de ruimteomgeving om licht uit het verre heelal op de juiste manier te verzamelen. En hoewel deze spiegels zijn gebouwd om enige impact te weerstaan, zijn ze een beetje een zittende eend voor grotere micrometeoroid-aanvallen, zoals die welke JWST in mei trof. Hoewel de micrometeoriet nog steeds kleiner was dan een zandkorrel, was hij groter dan NASA had voorspeld – genoeg om een ​​van de spiegels te beschadigen.

Ruimtevaartuigoperators modelleren de assemblages van microscopisch kleine meteorieten in de ruimte om een ​​beter begrip te krijgen van hoe vaak een ruimtevaartuig in een bepaald deel van het zonnestelsel kan worden geraakt – en van welke grootte deeltjes het instrument kunnen raken. Maar tot die tijd is het geen onfeilbaar systeem. “Het is allemaal een mogelijkheid”, zegt David Malaspina, een astrofysicus aan de Universiteit van Colorado die zich richt op de effecten van kosmisch stof op ruimtevaartuigen. de rand. “Je kunt gewoon zeggen: ‘Ik heb een kans om die grootte van een deeltje te raken. “Maar of je het nu doet of niet, het is toeval.”

Micrometeorieten hebben een breed scala aan oorsprongsverhalen. Het kunnen overblijfselen zijn van botsingen met hoge snelheid in de ruimte, die ruimterotsen in kleine stukjes breken. Asteroïden en kometen worden in de loop van de tijd ook gebombardeerd door ruimtedeeltjes en fotonen van de zon, waardoor er kleine snippers uit komen. De asteroïde kan ook in de buurt komen van een planeet zo groot als Jupiter, waar de sterke aantrekkingskracht stukjes rots uitrekt. Of een object kan te dicht bij de zon komen en extreem heet worden, waardoor rotsen uitzetten en in stukken breken. Er zijn zelfs microscopisch kleine interstellaire meteorieten die net door ons zonnestelsel gaan vanuit verder weg gelegen kosmische buurten.

De snelheid waarmee deze deeltjes bewegen, hangt af van het gebied van de ruimte waarin ze zich bevinden en het pad dat ze rond onze ster afleggen, met een gemiddelde snelheid van ongeveer 45.000 mijl per uur of 20 kilometer per seconde. Of het je ruimtevaartuig zal raken of niet, hangt ook af van waar je ruimtevaartuig woont en hoe snel het beweegt. NASA’s Parker Solar Probe is op dit moment bijvoorbeeld het dichtstbijzijnde door de mens gemaakte object bij de zon en beweegt met een topsnelheid van meer dan 600.000 mijl per uur. “Het is tot aan de 4-yard lijn, vergeleken met de aarde die helemaal naar beneden is aan het ene uiteinde”, zegt Malaspina, die zich heeft gericht op het bestuderen van de effecten van micrometeorieten op de Parker Solar Probe. Het beweegt ook door het dichtste deel van een gebied dat de dierenriemwolk wordt genoemd, een dikke schijf van ruimtedeeltjes die ons zonnestelsel doordringt. Dus de Parker Solar Probe wordt vaker gezandstraald dan de JWST – en botst met deze deeltjes met ongelooflijk hoge snelheden dan een telescoop zou doen.

De Parker Solar Probe geeft ons een beter begrip van de micrometeorieten rond de zon, Maar we hebben ook een goed begrip van de bevolking rond de aarde. Wanneer een micro-meteoriet de bovenste atmosfeer rond onze planeet raakt, verbrandt deze en creëert meteoorrook – kleine, meetbare rookdeeltjes. De hoeveelheid van deze rook kan ons vertellen hoeveel stof de aarde in de loop van de tijd treft. Daarnaast waren er experimenten op het International Space Station, waar het materiaal op het buitenoppervlak van het in een baan om de aarde draaiende laboratorium werd geïnstalleerd om te zien hoe vaak het werd gebombardeerd.

Foto: NASA

Hoewel JWST ongeveer een miljoen mijl van de aarde woont, is het nog steeds relatief dichtbij. Wetenschappers hebben ook een idee van wat daarbuiten is op basis van andere missies die in een baan zijn gestuurd die vergelijkbaar is met die van JWST. De meeste dingen die de telescoop raken, zijn niet zo belangrijk. “Ruimtevaartuigen raken de hele tijd jonge kinderen”, zegt Malaspina. “Beetje, ik bedoel fracties van een micron – veel kleiner dan een mensenhaar. En voor het grootste deel merken ruimtevaartuigen het niet eens op.” In feite was JWST al vier keer getroffen door kleine micrometeorieten voordat de grotere micrometeorieten het in mei troffen.

NASA heeft de omgeving van micrometeorieten gemodelleerd vóór de JWST-lancering, maar in het licht van de recente impact heeft het bureau een nieuw team samengesteld om hun modellen te verbeteren en beter te voorspellen wat er met de telescoop kan gebeuren na toekomstige effecten. Modellering van huidige micrometeorieten zal proberen te voorspellen hoe puin zich door een baan zal verspreiden als een asteroïde of komeet neerstort. Dit type wrak is dynamischer, zegt Malaspina, waardoor het moeilijker te voorspellen is.

Aan het eind van de dag zal voorspelling u er echter gewoon meer kennis over geven wanneer Een ruimtevaartuig kan een groot stofdeeltje raken. Eenmalige effecten zoals deze zijn gewoon onvermijdelijk. De JWST-uitbarsting zou in de loop van de tijd doorgaan, maar dit was een mogelijkheid waar NASA zich altijd op had voorbereid. “Je moet gewoon leven met de mogelijkheid dat je uiteindelijk wat stofdeeltjes tegenkomt, en je doet je best met engineering”, zegt Malaspina.