8 czerwca NASA ujawniła, że jej nowe, potężne obserwatorium kosmiczne, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, ma teraz mały dołek w jednym z głównych luster po tym, jak został obrzucony przez większy niż oczekiwano mikrometeoroid w przestrzeń kosmiczną. Wiadomość ta była nieco szokująca, ponieważ uderzenie miało miejsce zaledwie pięć miesięcy po okresie istnienia teleskopu w kosmosie – ale takie uderzenia są po prostu nieuniknionym aspektem podróży kosmicznych, a kolejne uderzenia z pewnością nadchodzą. Wbrew temu, co sugeruje jego nazwa, przestrzeń nie jest do końca pusta. W naszym Układzie Słonecznym maleńkie cząsteczki pyłu kosmicznego przelatują przez regiony między naszymi planetami z ogromną prędkością, która może sięgać nawet dziesiątek tysięcy mil na godzinę. Te mikrometeoroidy, nie większe niż ziarnko piasku, są często małymi kawałkami asteroid lub komet, które oderwały się i teraz krążą wokół Słońca. I są wszędzie. Zgrubne oszacowanie małych meteoroidów w wewnętrznej części Układu Słonecznego szacuje ich łączną masę na około 55 bilionów ton (gdyby wszystkie zostały połączone w jedną skałę, byłaby ona wielkości małej wyspy). maleńkie kawałki kosmicznego pyłu przelatują przez regiony między naszymi planetami z zawrotną prędkością. Oznacza to, że jeśli wyślesz statek kosmiczny w głęboką przestrzeń kosmiczną, twój sprzęt z pewnością w pewnym momencie zostanie uderzony przez jeden z tych kawałków kosmicznej skały. Wiedząc o tym, inżynierowie statków kosmicznych konstruują swoje pojazdy z pewnymi zabezpieczeniami, aby chronić przed uderzeniami mikrometeoroidów. Często zawierają coś, co nazywa się osłoną Whipple, specjalną wielowarstwową barierą. Jeśli w tarczę uderzy mikrometeoroid, cząsteczka przejdzie przez pierwszą warstwę i rozdrobni się jeszcze bardziej, więc w drugą warstwę uderzą jeszcze mniejsze cząsteczki. Taka osłona jest zwykle stosowana wokół wrażliwych elementów statku kosmicznego dla dodatkowej ochrony. Ale z Kosmicznym Teleskopem Jamesa Webba (JWST) NASA jest to trudniejsze. Pokryte złotem zwierciadła teleskopu muszą być wystawione na działanie środowiska kosmicznego, aby prawidłowo zebrać światło z odległego Wszechświata. I chociaż te lustra zostały zbudowane tak, aby wytrzymać niektóre uderzenia, są mniej lub bardziej siedzącymi kaczkami do większych uderzeń mikrometeoroidów, takich jak ten, który uderzył w JWST w maju. Chociaż mikrometeoroid był wciąż mniejszy niż ziarnko piasku, był większy niż przewidywała NASA – wystarczająco, by spowodować uszkodzenie jednego z luster. Operatorzy statków kosmicznych modelują populację mikrometeoroidów w kosmosie, aby lepiej zrozumieć, jak często statek kosmiczny może zostać trafiony w dowolną część Układu Słonecznego – i jakiego rozmiaru cząstki mogą uderzać w ich sprzęt. Ale nawet wtedy nie jest to niezawodny system. „To wszystko jest prawdopodobne”, mówi The Verge David Malaspina, astrofizyk z University of Colorado, skupiający się na wpływach pyłu kosmicznego na statki kosmiczne. „Możesz tylko powiedzieć: „Mam szansę trafienia tą wielkością cząstki”. Ale niezależnie od tego, czy kiedykolwiek to zrobisz, to zależy od przypadku.
Przykłady różnych typów ekranowania Whipple’a Zdjęcie: Mikrometeoroidy NASA mają wiele historii pochodzenia. Mogą być pozostałością po szybkich zderzeniach w kosmosie, które rozdrabniają kosmiczne skały na maleńkie kawałki. Asteroidy i komety z czasem są również bombardowane przez cząstki kosmiczne i fotony ze Słońca, powodując odłamywanie się maleńkich kawałków. Asteroida może również zbliżyć się zbyt blisko do dużej planety, takiej jak Jowisz, gdzie silne przyciąganie grawitacyjne odrywa kawałki skały. Lub obiekt może zbliżyć się zbyt blisko Słońca i stać się zbyt gorący, powodując rozszerzanie się skały i rozpadanie się na kawałki. Istnieją nawet międzygwiezdne mikrometeoroidy, które właśnie przechodzą przez nasz Układ Słoneczny z bardziej odległych kosmicznych sąsiedztw. Mikrometeoroidy mają różne historie pochodzenia. Szybkość poruszania się tych cząstek zależy od tego, w jakim obszarze przestrzeni się znajdują i od ścieżki, jaką obierają wokół naszej gwiazdy, średnio około 45 000 mil na godzinę, czyli 20 kilometrów na sekundę. To, czy wpadną na twój statek kosmiczny, zależy również od tego, gdzie twój pojazd znajduje się w kosmosie i jak szybko się porusza. Na przykład sonda Parker Solar Probe z NASA jest obecnie najbliższym Słońcu obiektem stworzonym przez człowieka, poruszającym się z maksymalną prędkością ponad 400 000 mil na godzinę. „Sprowadza się to do linii 4 jardów, w porównaniu do Ziemi znajdującej się w jednej strefie końcowej”, mówi Malaspina, która skupiła się na badaniu wpływu mikrometeoroidów na sondę Parker Solar Probe. Porusza się również przez najgęstszą część regionu zwanego zodiakalnym obłokiem, grubym dyskiem cząstek kosmicznych, który przenika nasz Układ Słoneczny. Tak więc sonda Parker Solar Probe jest piaskowana częściej niż JWST — i uderza w te cząstki z niewiarygodnie dużą prędkością, niż uderzyłby teleskop. Sonda Parker Solar Probe daje nam lepsze zrozumienie mikrometeoroidów wokół Słońca, ale całkiem dobrze rozumiemy również populację na Ziemi. Za każdym razem, gdy mikrometeoroid uderza w górną warstwę atmosfery wokół naszej planety, spala się i tworzy meteorytowy dym — drobne cząsteczki dymu, które można zmierzyć. Ilość tego dymu może nam powiedzieć, ile pyłu uderza w Ziemię w czasie. Dodatkowo przeprowadzono eksperymenty na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, gdzie na zewnątrz orbitującego laboratorium zamontowano materiały, aby zobaczyć, jak często są bombardowane.
Artystyczne przedstawienie sondy Parker Solar Probe z NASA Zdjęcie: NASA Chociaż JWST mieszka około 1 miliona mil od Ziemi, to wciąż jest stosunkowo blisko. Naukowcy mają również pojęcie o tym, co tam jest na podstawie innych misji wysłanych na podobną orbitę co JWST. A większość rzeczy, które trafiają do teleskopu, to nic wielkiego. „W statek kosmiczny cały czas trafiają maluchy” — mówi Malaspina. „Mało, mam na myśli ułamki mikrona — dużo, dużo, dużo mniejsze niż ludzki włos. A w większości statki kosmiczne nawet tego nie zauważają”. W rzeczywistości JWST został już czterokrotnie uderzony przez małe mikrometeoroidy, zanim w maju został trafiony przez większy mikrometeoroid. „Po prostu musisz żyć z prawdopodobieństwem, że w końcu zostaniesz uderzony”. NASA modelowała środowisko mikrometeoroidów przed uruchomieniem JWST, ale w świetle niedawnego wpływu agencja powołała nowy zespół, aby udoskonalić swoje modele i lepiej przewidzieć, co może się stać z teleskopem po przyszłych uderzeniach. Obecne modelowanie mikrometeoroidów będzie próbowało przewidzieć takie rzeczy, jak rozprzestrzenienie się szczątków na orbicie w przypadku rozpadu asteroidy lub komety. Jak mówi Malaspina, ten rodzaj szczątków jest bardziej dynamiczny, co utrudnia przewidywanie. Jednak pod koniec dnia przewidywania dadzą ci po prostu więcej wiedzy o tym, kiedy statek kosmiczny może zostać trafiony przez dużą drobinkę pyłu. Takie jednorazowe skutki są po prostu nieuniknione. Z biegiem czasu JWST będzie nadal atakowane, ale NASA zawsze była przygotowana na taką ewentualność. „Musisz po prostu żyć z prawdopodobieństwem, że w końcu zostaniesz uderzony przez jakąś wielkość cząstki pyłu, i po prostu robisz wszystko, co w twojej mocy, z inżynierią” – mówi Malaspina.