Perché l’esposizione alla polvere spaziale è un aspetto inevitabile dei viaggi nello spazio

L’8 giugno, la NASA ha rivelato che il suo nuovo potente osservatorio spaziale, il James Webb Space Telescope, ora ha una piccola cupola in uno dei suoi specchi primari dopo essere stato colpito da meteore microscopiche più grandi del previsto nello spazio profondo. La notizia è stata un po’ scioccante perché l’impatto è avvenuto a soli cinque mesi dall’inizio del mandato del telescopio spaziale, ma attacchi come questi sono semplicemente un aspetto inevitabile dei viaggi nello spazio e sicuramente arriveranno altri attacchi.

Nonostante ciò che suggerisce il nome, lo spazio non è completamente vuoto. All’interno del nostro sistema solare, minuscoli frammenti di polvere spaziale viaggiano attraverso le regioni tra i nostri pianeti a velocità gigantesche che possono raggiungere decine di migliaia di miglia all’ora. Questi minuscoli meteoriti, non più grandi di un granello di sabbia, sono spesso piccoli pezzi di asteroidi o comete che si sono frantumate e ora orbitano attorno al sole. Loro sono ovunque. Una stima approssimativa di piccoli meteoriti nel sistema solare interno La loro massa totale combinata è stimata in 55 trilioni di tonnellate (Se fossero tutti combinati in un’unica roccia, sarebbe delle dimensioni di una piccola isola.)

Ciò significa che se invii un veicolo spaziale nello spazio profondo, i tuoi strumenti si imbatteranno sicuramente in uno di questi piccoli frammenti di roccia spaziale a un certo punto. Sapendo questo, gli ingegneri dei veicoli spaziali costruiranno i loro veicoli con determinate protezioni per proteggersi dagli attacchi di micro-meteoriti. Spesso incorporano qualcosa chiamato schermatura Whipple, che è una speciale barriera multistrato. Se lo scudo viene colpito da una piccola meteora, la particella passerà attraverso il primo strato e si frammenterà ulteriormente, quindi il secondo strato entrerà in collisione con particelle più piccole. Questa schermatura viene in genere utilizzata attorno ai componenti sensibili di un veicolo spaziale per fornire una protezione aggiuntiva.

Ma con il James Webb Space Telescope della NASA, o JWST, è più complicato. Gli specchi del telescopio rivestiti in oro devono essere esposti all’ambiente spaziale per raccogliere correttamente la luce dall’universo lontano. E mentre questi specchi sono costruiti per resistere a qualche impatto, sono in qualche modo un’anatra seduta per attacchi di micrometeoroidi più grandi, come quello che ha colpito JWST a maggio. Sebbene la micrometeorite fosse ancora più piccola di un granello di sabbia, era più grande di quanto previsto dalla NASA, abbastanza da danneggiare uno degli specchi.

Gli operatori di veicoli spaziali stanno modellando gli assemblaggi di meteoriti microscopici nello spazio per avere una migliore comprensione della frequenza con cui un veicolo spaziale potrebbe essere colpito in una data parte del sistema solare e delle dimensioni delle particelle che potrebbero colpire il suo strumento. Ma fino ad allora, non è un sistema infallibile. “È tutta una possibilità”, afferma David Malaspina, un astrofisico dell’Università del Colorado che si concentra sugli effetti della polvere cosmica sui veicoli spaziali. il bordo. “Puoi semplicemente dire: ‘Ho la possibilità di raggiungere quella dimensione di una particella. “Ma che tu lo faccia o no, è dovuto al caso.”

I micrometeoriti hanno una vasta gamma di storie di origine. Potrebbero essere prodotti residui di collisioni ad alta velocità nello spazio, che frantumano le rocce spaziali in minuscoli pezzi. Asteroidi e comete sono anche bombardati nel tempo da particelle spaziali e fotoni del Sole, provocando la fuoriuscita di minuscoli frammenti. L’asteroide può anche avvicinarsi a un pianeta grande come Giove, dove la forte attrazione gravitazionale allunga frammenti di roccia. Oppure un oggetto potrebbe avvicinarsi troppo al sole e diventare estremamente caldo, provocando l’espansione e la rottura delle rocce in pezzi. Ci sono persino microscopici meteoriti interstellari che stanno attraversando il nostro sistema solare da quartieri cosmici più distanti.

La velocità con cui queste particelle si muovono dipende dalla regione dello spazio in cui si trovano e dal percorso che fanno intorno alla nostra stella, con una media di circa 45.000 miglia orarie, o 20 chilometri al secondo. Il fatto che colpirà o meno il tuo veicolo spaziale dipende anche da dove vive il tuo veicolo spaziale e dalla velocità con cui si sta muovendo. Ad esempio, la Parker Solar Probe della NASA è l’oggetto artificiale più vicino al sole al momento, con una velocità massima di oltre 400.000 miglia orarie. “Dipende dalla linea delle 4 yarde, rispetto alla Terra che si trova completamente in fondo a una regione terminale”, afferma Malaspina, che si è concentrato sullo studio degli effetti delle micrometeoriti sulla sonda solare Parker. Si muove anche attraverso la parte più densa di una regione chiamata nuvola zodiacale, che è uno spesso disco di particelle spaziali che permea il nostro sistema solare. Quindi la Parker Solar Probe è sottoposta a sabbiatura più frequentemente del JWST e si scontra con queste particelle a velocità incredibilmente elevate rispetto a un telescopio.

La sonda solare Parker ci offre una migliore comprensione delle micrometeoriti intorno al sole, Ma abbiamo anche una buona comprensione della popolazione intorno alla Terra. Quando una micrometeorite colpisce l’atmosfera superiore intorno al nostro pianeta, si brucia e crea fumo di meteorite: minuscole particelle di fumo misurabili. La quantità di questo fumo può dirci quanta polvere sta colpendo la Terra nel tempo. Inoltre, ci sono stati esperimenti sulla Stazione Spaziale Internazionale, dove il materiale è stato installato sulla superficie esterna del laboratorio orbitante per vedere quanto spesso veniva bombardato.

Foto: Nasa

Sebbene JWST viva a circa un milione di miglia dalla Terra, è ancora relativamente vicino. Gli scienziati hanno anche un’idea di cosa c’è là fuori in base ad altre missioni che sono state inviate in un’orbita simile a quella di JWST. La maggior parte delle cose che colpiscono il telescopio non sono così importanti. “I veicoli spaziali colpivano continuamente i bambini piccoli”, dice Malaspina. “Con poco, intendo frazioni di micron, molto più piccole di un capello umano. E per la maggior parte, i veicoli spaziali non se ne accorgono nemmeno”. In effetti, il JWST era già stato colpito da minuscole micrometeoriti quattro volte prima che le micrometeoriti più grandi lo colpissero a maggio.

La NASA ha modellato l’ambiente delle micrometeoriti prima del lancio del JWST, ma alla luce del recente impatto, l’agenzia ha messo insieme un nuovo team per migliorare i propri modelli e prevedere meglio cosa potrebbe accadere al telescopio dopo gli impatti futuri. La modellazione delle attuali micrometeoriti tenterà di prevedere cose come il modo in cui i detriti si diffonderanno attraverso un’orbita se un asteroide o una cometa si schiantano. Questo tipo di relitto è più dinamico, dice Malaspina, il che rende più difficile prevedere.

Tuttavia, alla fine della giornata, la previsione ti darà semplicemente più informazioni al riguardo quando Un veicolo spaziale potrebbe colpire un grosso granello di polvere. Effetti una tantum come questo sono semplicemente inevitabili. L’eruzione del JWST sarebbe continuata nel tempo, ma questa era una possibilità a cui la NASA si era sempre preparata. “Devi solo convivere con la possibilità che alla fine ti imbatti in alcune particelle delle dimensioni di polvere e fai del tuo meglio con l’ingegneria”, dice Malaspina.