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為什麼暴露於太空塵埃是太空旅行不可避免的一個方面

為什麼暴露於太空塵埃是太空旅行不可避免的一個方面

6 月 8 日,美國宇航局透露,其強大的新太空天文台詹姆斯韋伯太空望遠鏡在被深空一顆比預期更大的微型流星撞擊後,其主鏡之一現在出現了一個凹坑。 由於撞擊發生在太空望遠鏡使用僅五個月後,這有點令人震驚——但像這樣的襲擊只是太空旅行不可避免的一個方面,而且肯定會出現更多襲擊。

儘管它的名字表明,這個空間並不完全是空的。 在我們的太陽系內,微小的太空塵埃以每小時數万英里的巨大速度穿過我們行星之間的區域。 這些微小的隕石,不大於一粒沙,通常是小行星或彗星的小碎片,它們已經分離,現在正在繞太陽運行。 他們無處不在。 對太陽系內部小隕石的粗略估計,它們的總質量約為 55 萬億噸(如果它們全部組合成一塊岩石,它將是一個小島的大小)。

這意味著,如果您將航天器送入深空,您的儀器肯定會在某個時候撞到這些小塊太空岩石中的一塊。 知道了這一點,航天器工程師將為他們的飛行器製造一些保護措施,以防止微隕石撞擊。 它們通常包括一種叫做惠普爾屏蔽的東西,這是一種特殊的多層屏障。 如果防護罩被微隕石擊中,粒子將穿過第一層並進一步分離,因此第二層會與較小的粒子相撞。 這種屏蔽通常用於航天器的敏感部件周圍,以提供額外的保護。

但是對於美國宇航局的詹姆斯韋伯太空望遠鏡,或 JWST,它就更加困難了。 鍍金望遠鏡鏡必須暴露在太空環境中,才能正確收集來自遙遠宇宙的光。 雖然這些鏡子的設計可以承受一些衝擊,但由於更大的微隕石撞擊,例如 5 月撞擊 JWST 的那顆,它們是一隻坐著的鴨子。 儘管微流星體仍然比一粒沙子小,但它比美國宇航局預測的要大——足以損壞其中一個鏡子。

航天器操作員正在對太空中的微流星體組件進行建模,以更好地了解航天器暴露於太陽系任何部分的頻率——以及可能導致其儀器穿透的粒子大小。 但在那之前,它還不是一個萬無一失的系統 “這都是一種可能性,”科羅拉多大學天體物理學家大衛馬拉斯皮納說,他專注於宇宙塵埃對航天器的影響。 邊緣“你可以說,‘我有機會擊中那個大小的粒子。 “但你做不做就看運氣了。

不同類型的惠普爾屏蔽示例
照片:美國國家航空航天局

微隕石有著廣泛的起源故事。 它們可能是太空中高速碰撞的副產品,將太空岩石粉碎成小塊。 隨著時間的推移,小行星和彗星也會受到來自太陽的空間粒子和光子的轟擊,導致它們變小。 要破碎的碎片。 這顆小行星還可以靠近像木星一樣大的行星,在那裡強大的重力會帶走一些岩石。 或者一個物體可能離太陽太近,太熱,導致它膨脹和分裂。甚至還有微小的星際流星,它們只能從更遙遠的宇宙鄰域穿過我們的太陽系。

這些粒子移動的速度取決於它們所處的空間區域以及它們圍繞我們的恆星所走的路徑,平均每小時約 45,000 英里,或每秒 20 公里。 它是否會擊中你的航天器還取決於你的航天器在哪里以及它有多快。 例如,美國宇航局的帕克太陽探測器是目前離太陽最近的人造物體,最高時速超過 400,000 英里。 它還穿過一個稱為黃道帶雲區域的最密集部分,這是一個滲透我們太陽系的厚厚的空間粒子盤,因此帕克太陽探測器比它更頻繁地被噴砂,”專注於研究影響的馬拉斯皮納說帕克太陽探測器上的微隕石。JWST – 它以驚人的速度與這些粒子碰撞,比望遠鏡所能達到的速度還要快。

帕克太陽探測器讓我們更好地了解太陽周圍的微流星體, 但我們也對地球周圍的人口有很好的了解。 當一顆小流星撞擊地球周圍的高層大氣時,它會燃燒並產生流星煙霧——微小的、可測量的煙霧顆粒。 這種煙霧的量可以告訴我們隨著時間的推移有多少灰塵落在地面上。 此外,在國際空間站上進行了實驗,將材料安裝在軌道實驗室的外表面,以查看它被轟炸的頻率。

美國宇航局帕克太陽探測器的藝術展示
照片:美國國家航空航天局

雖然 JWST 生活在距離地球大約 100 萬英里的地方,但這仍然相對較近。 科學家們還根據已發送到 JWST 等類似軌道的其他任務來了解那裡有什麼。 而大多數撞擊望遠鏡的東西都不是。 這是一筆大買賣。 “航天器總是撞到小孩身上,”馬拉斯皮納說。 “我的意思是幾微​​米——小得多,比人的頭髮要小得多。而且在大多數情況下,航天器甚至都沒有註意到它。”

NASA 在 JWST 發射之前模擬了微隕石的環境,但鑑於最近的影響,該機構組建了一個新團隊來改進他們的模型,並更好地預測未來撞擊後望遠鏡可能會發生什麼。 當前的微模型將嘗試預測諸如小行星或彗星墜毀時碎片將如何通過軌道擴散等事情。 馬拉斯皮納說,這種類型的沉船更具動態性,因此更難預測。

然而,歸根結底,預測只會讓你對它有更多的了解 什麼時候 一艘宇宙飛船可能會撞到一大片塵埃。 像這樣的一次性影響是不可避免的。 JWST 噴發會隨著時間的推移而持續,但 NASA 一直為此做好準備。 “你只需要忍受最終撞到一些灰塵大小的顆粒的可能性,而且你在工程方面做得最好,”馬拉斯皮納說。

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