우주 먼지에 대한 노출이 우주 여행의 불가피한 측면인 이유

6월 8일, NASA는 강력한 새 우주 관측소인 제임스 웹 우주 망원경(James Webb Space Telescope)의 주요 거울 중 하나에 작은 돔이 있다고 밝혔습니다. 이 소식은 우주 망원경이 사용된 지 불과 5개월 만에 충격이 발생했기 때문에 약간의 충격을 주었지만 이러한 공격은 단순히 우주 여행의 불가피한 측면이며 더 많은 공격이 올 것이 확실합니다.

이름에서 알 수 있듯 공간은 완전히 비어 있지 않습니다. 우리 태양계 내에서 아주 작은 우주 먼지는 시간당 수만 마일에 달하는 엄청난 속도로 행성 사이의 영역을 통과합니다. 모래 알갱이보다 크지 않은 이 작은 운석은 종종 작은 소행성이나 혜성 조각으로 분해되어 현재 태양을 공전합니다. 그들은 어디에나 있습니다. 내부 태양계의 작은 운석에 대한 대략적인 추정 그들의 총 질량은 55조 톤으로 추산됩니다. (그들이 하나의 바위로 합쳐진다면, 그것은 작은 섬 정도의 크기일 것이다.)

즉, 우주선을 깊은 우주로 보내면 장비가 언젠가는 이 작은 우주 암석 중 하나와 부딪히게 됩니다. 이를 알고 우주선 엔지니어는 미세 운석 충돌로부터 보호하기 위해 특정 보호 기능을 갖춘 차량을 제작할 것입니다. 종종 그들은 특수한 다층 장벽인 Whipple 차폐라고 하는 것을 통합합니다. 방패가 작은 유성에 부딪히면 입자가 첫 번째 레이어를 통과하여 더 파편화되므로 두 번째 레이어는 더 작은 입자와 충돌합니다. 이 차폐는 일반적으로 우주선의 민감한 구성 요소 주위에 추가 보호를 제공하는 데 사용됩니다.

그러나 NASA의 James Webb Space Telescope(JWST)를 사용하면 더 복잡합니다. 금으로 코팅된 망원경 거울은 먼 우주에서 오는 빛을 제대로 모으기 위해 우주 환경에 노출되어야 합니다. 그리고 이 거울은 약간의 충격을 견디도록 제작되었지만, 5월에 JWST를 강타한 것과 같은 더 큰 미세 운석 충돌에는 다소 앉아있는 오리와 같습니다. 미세 운석은 여전히 ​​모래알보다 작았지만 NASA가 예측한 것보다 커서 거울 중 하나를 손상시키기에 충분했습니다.

우주선 운영자는 우주선이 태양계의 특정 부분에서 얼마나 자주 충돌할 수 있는지, 그리고 어떤 크기의 입자가 장비에 충돌할 수 있는지 더 잘 이해하기 위해 우주의 미세한 운석 집합체를 모델링하고 있습니다. 그러나 그때까지는 완벽한 시스템이 아닙니다. 우주선에 대한 우주 먼지의 영향에 초점을 맞추고 있는 콜로라도 대학의 천체 물리학자인 David Malaspina는 “그것은 모두 가능성입니다.”라고 말했습니다. 모서리. “당신은 ‘나는 그 크기의 입자를 칠 가능성이 있습니다’라고 말할 수 있습니다. “하지만 당신이 하든 말든 그것은 우연에 의한 것입니다.”

Micrometeorites는 다양한 기원 이야기를 가지고 있습니다. 그것들은 우주의 암석을 작은 조각으로 부수는 우주에서의 고속 충돌로 인해 남은 제품일 수 있습니다. 소행성과 혜성은 시간이 지남에 따라 태양의 우주 입자와 광자에 의해 폭격을 받아 작은 조각 조각이 나옵니다. 소행성은 강한 중력이 암석 조각을 잡아당기는 목성만큼 큰 행성에 접근할 수도 있습니다. 또는 물체가 태양에 너무 가까워지면 극도로 뜨거워져 암석이 팽창하고 조각으로 부서질 수 있습니다. 더 먼 우주 이웃에서 우리 태양계를 막 통과하는 미세한 성간 운석도 있습니다.

이 입자가 움직이는 속도는 입자가 있는 공간의 영역과 항성 주위를 이동하는 경로에 따라 달라지며 평균 시속 45,000마일 또는 초당 20km입니다. 우주선에 충돌할지 여부는 우주선이 어디에 있고 얼마나 빨리 움직이는지에 달려 있습니다. 예를 들어, NASA의 Parker Solar Probe는 현재 태양에 가장 가까운 인공 물체로 시속 400,000마일 이상의 최고 속도로 움직입니다. Parker Solar Probe에 대한 미세 운석의 영향을 연구하는 데 초점을 맞춘 Malaspina는 “지구가 한쪽 끝 지역에서 완전히 아래로 내려가는 것과 비교하면 4야드 라인까지입니다.”라고 말했습니다. 또한 태양계를 관통하는 두꺼운 우주 입자 디스크인 황도대 구름(zodiac cloud)이라는 영역의 가장 밀도가 높은 부분을 통과합니다. 따라서 Parker Solar Probe는 JWST보다 더 자주 모래 분사를 받고 있으며 망원경보다 엄청나게 빠른 속도로 이러한 입자와 충돌합니다.

Parker Solar Probe는 우리에게 태양 주위의 미세 운석에 대한 더 나은 이해를 제공합니다. 그러나 우리는 지구 주변의 인구에 대해서도 잘 알고 있습니다. 미세 운석이 행성 주변의 상층 대기에 부딪히면 타오르고 측정 가능한 작은 연기 입자인 유성 연기를 생성합니다. 이 연기의 양은 시간이 지남에 따라 얼마나 많은 먼지가 지구를 때리고 있는지 알려줄 수 있습니다. 또한 궤도를 도는 실험실 외부 표면에 재료를 설치하여 얼마나 자주 폭격을 당했는지 확인하는 국제 우주 정거장에 대한 실험이 있었습니다.

사진: NASA

JWST는 지구에서 약 백만 마일 떨어진 곳에 있지만 여전히 상대적으로 가깝습니다. 과학자들은 또한 JWST의 궤도와 유사한 궤도로 보내진 다른 임무를 기반으로 외부에 무엇이 있는지에 대한 아이디어를 가지고 있습니다. 망원경에 부딪히는 대부분의 것들은 그다지 중요하지 않습니다. “우주선은 항상 어린 아이들을 공격합니다.”라고 Malaspina는 말합니다. “조금씩, 나는 사람의 머리카락보다 훨씬 작은 미크론의 분수를 의미합니다. 그리고 대부분 우주선은 그것을 알아차리지도 못합니다.” 사실, JWST는 5월에 더 큰 미세 운석이 충돌하기 전에 이미 작은 미세 운석에 4번 충돌했습니다.

NASA는 JWST가 발사되기 전에 미세 운석의 환경을 모델링했지만, 최근의 영향에 비추어, 기관은 모델을 개선하고 미래의 영향 후에 망원경에 일어날 수 있는 일을 더 잘 예측하기 위해 새로운 팀을 구성했습니다. 현재 미세 운석의 모델링은 소행성이나 혜성이 충돌할 경우 파편이 궤도를 통해 어떻게 퍼질 것인지와 같은 것들을 예측하려고 시도할 것입니다. 이 유형의 난파선은 더 역동적이어서 예측하기가 더 어렵다고 Malaspina는 말합니다.

그러나 하루가 끝나면 예측은 단순히 그것에 대한 더 많은 지식을 줄 것입니다. 언제 우주선은 큰 먼지 조각에 부딪힐 수 있습니다. 이와 같은 일회성 효과는 단순히 피할 수 없습니다. JWST 분출은 시간이 지나면서 계속될 것이지만, 이것은 NASA가 항상 준비한 가능성이었습니다. Malaspina는 “결국 먼지 크기의 입자와 부딪힐 가능성을 안고 살아야 하며 엔지니어링에 최선을 다해야 합니다.”라고 말합니다.