Uzay tozuna maruz kalma neden uzay yolculuğunun kaçınılmaz bir yönüdür?

8 Haziran’da NASA, güçlü yeni uzay gözlemevi James Webb Uzay Teleskobu’nun, derin uzayda beklenenden daha büyük mikroskobik meteorlar tarafından yağmalandıktan sonra ana aynalarından birinde küçük bir kubbeye sahip olduğunu açıkladı. Haber biraz şok edici oldu çünkü etki uzay teleskobunun görev süresinin sadece beş ayında gerçekleşti – ancak bu gibi saldırılar uzay yolculuğunun kaçınılmaz bir yönü ve daha fazla saldırı olacağı kesin.

Adından da anlaşılacağı gibi, alan tamamen boş değil. Güneş sistemimizde, küçük uzay tozu parçacıkları gezegenlerimiz arasındaki bölgelerden saatte on binlerce mile ulaşabilen devasa hızlarda seyahat eder. Bir kum tanesinden daha büyük olmayan bu küçük göktaşları, genellikle parçalanan ve şimdi güneşin yörüngesinde dönen küçük asteroitler veya kuyruklu yıldız parçalarıdır. Onlar heryerde. İç güneş sistemindeki küçük meteorların kaba bir tahmini Toplam kütlelerinin 55 trilyon ton olduğu tahmin ediliyor. (Hepsi tek bir kayada birleştirilirse, küçük bir ada büyüklüğünde olur.)

Bu, derin uzaya bir uzay aracı gönderirseniz, aletlerinizin bir noktada bu küçük uzay kaya parçalarından birine çarpacağından emin olduğunuz anlamına gelir. Bunu bilen uzay aracı mühendisleri, araçlarını mikro göktaşı çarpmalarına karşı korunmak için belirli korumalarla inşa edecekler. Genellikle özel, çok katmanlı bir bariyer olan Whipple kalkanı adı verilen bir şey içerirler. Kalkana küçük bir meteor çarparsa, parçacık ilk katmandan geçecek ve daha fazla parçalanacak, böylece ikinci katman daha küçük parçacıklarla çarpışacaktır. Bu ekranlama, tipik olarak, ek koruma sağlamak için bir uzay aracının hassas bileşenlerinin çevresinde kullanılır.

Ancak NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu veya JWST ile daha karmaşık. Altın kaplamalı teleskop aynaları, uzaktaki evrenden düzgün bir şekilde ışık toplamak için uzay ortamına maruz bırakılmalıdır. Ve bu aynalar bir miktar darbeye dayanacak şekilde inşa edilmiş olsalar da, Mayıs ayında JWST’yi vuran gibi daha büyük mikrometeoroid grevleri için oturan bir ördek gibiler. Mikrometeorit hala bir kum tanesinden daha küçük olmasına rağmen, NASA’nın beklediğinden daha büyüktü – aynalardan birine zarar verecek kadar.

Uzay aracı operatörleri, bir uzay aracının güneş sisteminin herhangi bir bölümünde ne sıklıkla vurulabileceğini ve hangi boyutta parçacıkların aletine çarpabileceğini daha iyi anlamak için uzaydaki mikroskobik meteor topluluklarını modelliyor. Ama o zamana kadar, kusursuz bir sistem değil. Kozmik tozun uzay aracı üzerindeki etkilerine odaklanan Colorado Üniversitesi’nden astrofizikçi David Malaspina, “Bunların hepsi bir olasılık” diyor. kenar. “Sadece, ‘O boyuttaki bir parçacığa çarpma şansım var’ diyebilirsiniz. “Ama yapsan da yapmasan da şans eseridir.”

Mikrometeoritlerin çok çeşitli köken hikayeleri vardır. Uzay kayalarını küçük parçalara ayıran uzaydaki yüksek hızlı çarpışmalardan arta kalan ürünler olabilirler. Asteroitler ve kuyruklu yıldızlar da zamanla Güneş’ten gelen uzay parçacıkları ve fotonlar tarafından bombardımana tutularak küçük parçalara neden olur. Asteroit, güçlü yerçekimi kuvvetinin kaya parçalarını gerdiği Jüpiter kadar büyük bir gezegene de yaklaşabilir. Veya bir nesne güneşe çok yaklaşabilir ve çok ısınabilir, bu da kayaların genişlemesine ve parçalara ayrılmasına neden olabilir. Hatta uzak kozmik mahallelerden güneş sistemimizden geçen mikroskobik yıldızlararası göktaşları bile var.

Bu parçacıkların hareket hızı, içinde bulundukları uzay bölgesine ve yıldızımızın etrafında izledikleri yola bağlıdır ve saatte yaklaşık 45.000 mil veya saniyede 20 kilometredir. Uzay aracınıza vurup vurmayacağı, uzay aracınızın nerede yaşadığına ve ne kadar hızlı hareket ettiğine de bağlıdır. Örneğin, NASA’nın Parker Solar Probe’u şu anda güneşe en yakın insan yapımı nesnedir ve saatte 400.000 milden fazla bir hızla hareket eder. Parker Güneş Sondası üzerindeki mikro meteoritlerin etkilerini incelemeye odaklanan Malaspina, “Dünyanın bir uç bölgesinde tamamen aşağı olmasına kıyasla, 4 yard çizgisine kadar” diyor. Ayrıca, güneş sistemimize nüfuz eden kalın bir uzay parçacıkları diski olan zodyak bulutu adı verilen bir bölgenin en yoğun kısmından geçer. Dolayısıyla Parker Solar Probe, JWST’den daha sık kum püskürtme altındadır ve bu parçacıklarla bir teleskoptan daha yüksek hızlarda çarpışır.

Parker Solar Probe, Güneş’in etrafındaki mikrometeoroidleri daha iyi anlamamızı sağlıyor. Ancak Dünya’nın etrafındaki nüfusu da iyi anlıyoruz. Küçük bir meteor gezegenimizin etrafındaki üst atmosfere çarptığında yanar ve meteor dumanı oluşturur – küçük, ölçülebilir duman parçacıkları. Bu dumanın miktarı bize zaman içinde Dünya’ya ne kadar toz çarptığını söyleyebilir. Ek olarak, malzemenin ne sıklıkla bombalandığını görmek için yörüngedeki laboratuvarın dış yüzeyine yerleştirildiği Uluslararası Uzay İstasyonu üzerinde deneyler yapıldı.

Fotoğraf: NASA

JWST, Dünya’dan yaklaşık bir milyon mil uzakta yaşıyor olsa da, hala nispeten yakın. Bilim adamları ayrıca JWST’ninkine benzer bir yörüngeye gönderilen diğer görevlere dayanarak orada ne olduğu hakkında bir fikre sahipler. Teleskopa çarpan şeylerin çoğu o kadar önemli değil. Malaspina, “Uzay aracı her zaman küçük çocuklara çarpıyor” diyor. “Azar azar, bir mikronun kesirlerini kastediyorum – insan saçından çok daha küçük. Ve çoğu zaman uzay araçları bunu fark etmez bile.” Aslında, JWST, Mayıs ayında daha büyük mikrometeorite çarpmadan önce dört küçük meteor tarafından vuruldu.

NASA, JWST lansmanından önce mikro meteoritlerin ortamını modelledi, ancak son etkinin ışığında, ajans modellerini geliştirmek ve gelecekteki etkilerden sonra teleskopa ne olabileceğini daha iyi tahmin etmek için yeni bir ekip kurdu. Mevcut mikro meteoritlerin modellenmesi, bir asteroit veya kuyruklu yıldız çarptığında enkazın bir yörüngeye nasıl yayılacağı gibi şeyleri tahmin etmeye çalışacaktır. Malaspina, bu tür enkazın daha dinamik olduğunu ve bunun da tahmin etmeyi zorlaştırdığını söylüyor.

Bununla birlikte, günün sonunda, tahmin size bu konuda daha fazla bilgi verecektir. ne zaman Bir uzay aracı büyük bir toz lekesine çarpabilir. Bunun gibi tek seferlik etkiler kaçınılmazdır. JWST patlaması zamanla devam edecekti, ancak bu, NASA’nın her zaman hazırladığı bir olasılıktı. Malaspina, “Eninde sonunda toz boyutundaki parçacıklara çarpma olasılığıyla yaşamanız ve mühendislikte elinizden gelenin en iyisini yapmanız gerekiyor” diyor.