Proč je vystavení kosmickému prachu nevyhnutelným aspektem cestování vesmírem

8. června NASA odhalila, že její výkonná nová vesmírná observatoř, James Webb Space Telescope, má nyní malou kupoli v jednom ze svých primárních zrcadel poté, co byla zavržena většími než očekávanými mikroskopickými meteory v hlubokém vesmíru. Tato zpráva byla trochu šokující, protože k nárazu došlo pouhých pět měsíců před fungováním vesmírného dalekohledu – ale takovéto údery jsou prostě nevyhnutelným aspektem cestování vesmírem a další útoky jistě přijdou.

Navzdory tomu, co jeho název napovídá, není prostor zcela prázdný. V naší sluneční soustavě se drobné kousky vesmírného prachu pohybují oblastmi mezi našimi planetami gigantickou rychlostí, která může dosahovat až desítek tisíc mil za hodinu. Tyto drobné meteority, ne větší než zrnko písku, jsou často malé kousky asteroidů nebo komet, které se rozpadly a nyní obíhají kolem Slunce. Jsou všude. Hrubý odhad malých meteoritů ve vnitřní sluneční soustavě Jejich celková hmotnost se odhaduje na 55 bilionů tun (Pokud by byly všechny spojeny do jedné skály, byla by velká asi jako malý ostrov.)

To znamená, že pokud pošlete vesmírnou loď do hlubokého vesmíru, vaše přístroje určitě v určitém okamžiku narazí na jeden z těchto malých kousků vesmírného kamene. S vědomím toho budou inženýři kosmických lodí stavět svá vozidla s určitou ochranou, aby se chránili před zásahy mikrometeoritů. Často obsahují něco, čemu se říká Whipple stínění, což je speciální vícevrstvá bariéra. Pokud štít zasáhne malý meteor, částice projde první vrstvou a dále se rozpadne, takže druhá vrstva se srazí s menšími částicemi. Toto stínění se obvykle používá kolem citlivých součástí kosmické lodi k zajištění dodatečné ochrany.

S vesmírným teleskopem Jamese Webba NASA nebo JWST je to ale složitější. Pozlacená zrcadla dalekohledů musí být vystavena vesmírnému prostředí, aby správně sbírala světlo ze vzdáleného vesmíru. A i když jsou tato zrcadla postavena tak, aby vydržela nějaký náraz, jsou to tak trochu sedící kachna pro větší zásahy mikrometeoroidů, jako je ten, který zasáhl JWST v květnu. Přestože byl mikrometeorit stále menší než zrnko písku, byl větší, než NASA očekávala – dost na to, aby poškodil jedno ze zrcadel.

Operátoři kosmických lodí modelují seskupení mikroskopických meteoritů ve vesmíru, aby lépe porozuměli tomu, jak často může být kosmická loď zasažena v kterékoli dané části sluneční soustavy – a jaké velikosti částic mohou zasáhnout její přístroj. Ale do té doby to není spolehlivý systém. „Všechno je to možné,“ říká David Malaspina, astrofyzik z University of Colorado, který se zaměřuje na účinky kosmického prachu na kosmické lodě. hrana. „Můžete jen říct: ‚Mám šanci zasáhnout takovou velikost částice. „Ale ať už to uděláš nebo ne, je to kvůli náhodě.“

Mikrometeority mají širokou škálu příběhů o původu. Mohly by to být zbytky produktů z vysokorychlostních kolizí ve vesmíru, které rozbíjejí vesmírné kameny na malé kousky. Asteroidy a komety jsou také v průběhu času bombardovány vesmírnými částicemi a fotony ze Slunce, což způsobuje drobné úlomky. Asteroid se také může přiblížit k planetě velké jako Jupiter, kde silná gravitace roztahuje kousky kamene. Nebo se předmět může dostat příliš blízko ke slunci a velmi se zahřát, což způsobí, že se skály roztáhnou a rozbijí na kusy. Existují dokonce i mikroskopické mezihvězdné meteority, které právě procházejí naší sluneční soustavou ze vzdálených vesmírných sousedství.

Rychlost, kterou se tyto částice pohybují, závisí na oblasti prostoru, ve které se nacházejí, a na dráze, kterou se pohybují kolem naší hvězdy, v průměru asi 45 000 mil za hodinu neboli 20 kilometrů za sekundu. Zda zasáhne vaši kosmickou loď nebo ne, závisí také na tom, kde vaše kosmická loď žije a jak rychle se pohybuje. Například sonda NASA Parker Solar Probe je v současné době nejbližší člověkem vyrobený objekt ke Slunci a pohybuje se maximální rychlostí více než 400 000 mil za hodinu. „Je to až do 4 yardové linie, ve srovnání se Zemí, která je úplně dole na jedné koncové oblasti,“ říká Malaspina, který se zaměřil na studium účinků mikrometeoritů na sondě Parker Solar Probe. Pohybuje se také nejhustší částí oblasti zvané zodiac cloud, což je tlustý disk vesmírných částic, který prostupuje naši sluneční soustavu. Sonda Parker Solar Probe je tedy ostřelována pískem častěji než JWST – a sráží se s těmito částicemi neuvěřitelně vysokou rychlostí, než by tomu bylo u dalekohledu.

Sonda Parker Solar Probe nám umožňuje lépe porozumět mikrometeoroidům kolem Slunce, Ale dobře rozumíme i populaci kolem Země. Když malý meteor zasáhne horní vrstvy atmosféry kolem naší planety, shoří a vytvoří meteorický kouř – drobné, měřitelné částečky kouře. Množství tohoto kouře nám může říci, kolik prachu zasáhne Zemi v průběhu času. Kromě toho probíhaly experimenty na Mezinárodní vesmírné stanici, kde byl materiál instalován na vnější povrch orbitální laboratoře, aby se zjistilo, jak často je bombardován.

Foto: NASA

Zatímco JWST žije asi milion mil od Země, je stále relativně blízko. Vědci mají také představu o tom, co je tam venku, na základě jiných misí, které byly vyslány na oběžnou dráhu podobnou té na JWST. Většina věcí, které zasáhly dalekohled, není tak důležitá. „Vesmírná loď neustále zasahovala malé děti,“ říká Malaspina. „Málo, myslím zlomky mikronu – mnohem menší než lidský vlas. A většinou si toho kosmické lodě ani nevšimnou.“ Ve skutečnosti byl JWST již zasažen čtyřmi malými meteory, než v květnu zasáhl větší mikrometeorit.

NASA modelovala prostředí mikrometeoritů před startem JWST, ale ve světle nedávného dopadu dala agentura dohromady nový tým, aby vylepšil své modely a lépe předpovídal, co by se mohlo stát s dalekohledem po budoucích dopadech. Modelování současných mikrometeoritů se pokusí předpovědět věci, jako je to, jak se budou trosky šířit po oběžné dráze, pokud se zřítí asteroid nebo kometa. Tento typ vraku je dynamičtější, říká Malaspina, takže je obtížnější předvídat.

Na konci dne vám však předpověď jednoduše poskytne více informací když Kosmická loď by mohla zasáhnout velké smítko prachu. Jednorázové efekty, jako je tento, jsou prostě nevyhnutelné. Erupce JWST bude časem pokračovat, ale na tuto možnost se NASA vždy připravovala. „Musíte prostě žít s možností, že nakonec narazíte na částice o velikosti prachu, a uděláte maximum pro inženýrství,“ říká Malaspina.