Mengapa paparan debu luar angkasa merupakan aspek yang tak terhindarkan dari perjalanan ruang angkasa

Pada tanggal 8 Juni, NASA mengungkapkan bahwa observatorium ruang angkasa barunya yang kuat, James Webb Space Telescope, sekarang memiliki kubah kecil di salah satu cermin utamanya setelah dilempari oleh meteor mikroskopis yang lebih besar dari perkiraan di luar angkasa. Berita itu datang sebagai sedikit kejutan karena dampaknya terjadi hanya lima bulan setelah masa teleskop ruang angkasa – tetapi serangan seperti ini hanyalah aspek yang tak terhindarkan dari perjalanan ruang angkasa, dan lebih banyak serangan pasti akan datang.

Terlepas dari apa namanya, ruang itu tidak sepenuhnya kosong. Di dalam tata surya kita, serpihan-serpihan kecil debu antariksa bergerak melalui wilayah di antara planet-planet kita dengan kecepatan raksasa yang bisa mencapai puluhan ribu mil per jam. Meteorit kecil ini, tidak lebih besar dari sebutir pasir, seringkali merupakan potongan kecil asteroid atau komet yang pecah dan sekarang mengorbit matahari. Mereka ada dimana-mana. Perkiraan kasar meteorit kecil di tata surya bagian dalam Massa total gabungan mereka diperkirakan mencapai 55 triliun ton (Jika mereka semua digabungkan menjadi satu batu, itu akan menjadi seukuran pulau kecil.)

Ini berarti bahwa jika Anda mengirim pesawat ruang angkasa ke luar angkasa, instrumen Anda pasti akan menabrak salah satu batu ruang angkasa kecil ini di beberapa titik. Mengetahui hal ini, para insinyur pesawat ruang angkasa akan membangun kendaraan mereka dengan perlindungan tertentu untuk menjaga dari serangan meteorit mikro. Seringkali mereka menggabungkan sesuatu yang disebut perisai Whipple, yang merupakan penghalang khusus berlapis-lapis. Jika perisai terkena meteor kecil, partikel tersebut akan melewati lapisan pertama dan terfragmentasi lebih jauh, sehingga lapisan kedua akan bertabrakan dengan partikel yang lebih kecil. Perisai ini biasanya digunakan di sekitar komponen sensitif dari pesawat ruang angkasa untuk memberikan perlindungan tambahan.

Tetapi dengan Teleskop Luar Angkasa James Webb NASA, atau JWST, ini lebih rumit. Cermin teleskop berlapis emas harus diekspos ke lingkungan luar angkasa untuk mengumpulkan cahaya dari alam semesta yang jauh dengan benar. Dan sementara cermin ini dibuat untuk menahan beberapa dampak, mereka agak duduk untuk serangan mikrometeoroid yang lebih besar, seperti yang menghantam JWST pada bulan Mei. Meskipun mikrometeorit itu masih lebih kecil dari sebutir pasir, itu lebih besar dari yang diperkirakan NASA — cukup untuk merusak salah satu cermin.

Operator pesawat ruang angkasa sedang memodelkan kumpulan meteorit mikroskopis di ruang angkasa untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang seberapa sering pesawat ruang angkasa mungkin terkena di bagian tertentu dari tata surya – dan ukuran partikel apa yang mungkin mengenai instrumennya. Tapi sampai saat itu, itu bukan sistem yang sangat mudah. “Itu semua kemungkinan,” kata David Malaspina, astrofisikawan di University of Colorado yang berfokus pada efek debu kosmik pada pesawat ruang angkasa. tepi. “Anda bisa saja mengatakan, ‘Saya memiliki peluang untuk mencapai ukuran partikel itu. “Tapi apakah kamu melakukannya atau tidak, itu karena kebetulan.”

Mikrometeorit memiliki berbagai macam cerita asal. Mereka bisa menjadi produk sisa dari tabrakan berkecepatan tinggi di ruang angkasa, yang menghancurkan batu ruang angkasa menjadi potongan-potongan kecil. Asteroid dan komet juga dibombardir dari waktu ke waktu oleh partikel luar angkasa dan foton dari Matahari, menyebabkan serpihan kecil. Asteroid juga bisa mendekati planet sebesar Jupiter, di mana tarikan gravitasi yang kuat meregangkan potongan-potongan batu. Atau sebuah benda bisa terlalu dekat dengan matahari dan menjadi sangat panas, menyebabkan bebatuan mengembang dan pecah berkeping-keping. Bahkan ada meteorit antarbintang mikroskopis yang baru saja melewati tata surya kita dari lingkungan kosmik yang jauh.

Kecepatan partikel-partikel ini bergerak tergantung pada wilayah ruang mereka berada dan jalur yang mereka tempuh di sekitar bintang kita, rata-rata sekitar 45.000 mil per jam, atau 20 kilometer per detik. Apakah itu akan mengenai pesawat ruang angkasa Anda atau tidak juga tergantung di mana pesawat ruang angkasa Anda tinggal dan seberapa cepat ia bergerak. Misalnya, Parker Solar Probe NASA adalah objek buatan manusia yang paling dekat dengan matahari saat ini, bergerak dengan kecepatan tertinggi lebih dari 400.000 mil per jam. “Ini hingga garis 4 yard, dibandingkan dengan Bumi yang berada jauh di bawah di satu wilayah ujung,” kata Malaspina, yang fokus mempelajari efek mikrometeorit pada Parker Solar Probe. Itu juga bergerak melalui bagian terpadat dari wilayah yang disebut awan zodiak, yang merupakan piringan tebal partikel ruang angkasa yang menembus tata surya kita. Jadi Parker Solar Probe berada di bawah peledakan pasir lebih sering daripada JWST – dan bertabrakan dengan partikel-partikel ini pada kecepatan yang sangat tinggi daripada teleskop.

Parker Solar Probe memberi kita pemahaman yang lebih baik tentang mikrometeoroid di sekitar Matahari, Tetapi kami juga memiliki pemahaman yang baik tentang populasi di sekitar Bumi. Ketika sebuah meteor kecil menabrak atmosfer bagian atas di sekitar planet kita, ia terbakar dan menciptakan asap meteor – partikel asap kecil yang dapat diukur. Jumlah asap ini dapat memberi tahu kita berapa banyak debu yang menghantam Bumi dari waktu ke waktu. Selain itu, ada eksperimen di Stasiun Luar Angkasa Internasional, di mana material dipasang di permukaan luar laboratorium yang mengorbit untuk melihat seberapa sering dibom.

Foto: NASA

Sementara JWST tinggal sekitar satu juta mil dari Bumi, itu masih relatif dekat. Para ilmuwan juga memiliki gagasan tentang apa yang ada di luar sana berdasarkan misi lain yang telah dikirim ke orbit yang mirip dengan JWST. Sebagian besar hal yang mengenai teleskop tidak begitu penting. “Pesawat luar angkasa menabrak anak-anak sepanjang waktu,” kata Malaspina. “Sedikit, maksud saya pecahan mikron – jauh lebih kecil dari rambut manusia. Dan sebagian besar, pesawat ruang angkasa bahkan tidak menyadarinya.” Faktanya, JWST sudah dihantam oleh empat meteor kecil sebelum menabrak mikrometeorit yang lebih besar pada Mei.

NASA memodelkan lingkungan mikrometeorit sebelum peluncuran JWST, tetapi mengingat dampak baru-baru ini, badan tersebut telah membentuk tim baru untuk meningkatkan model mereka dan memprediksi lebih baik apa yang mungkin terjadi pada teleskop setelah dampak di masa depan. Pemodelan mikrometeorit saat ini akan mencoba memprediksi hal-hal seperti bagaimana puing-puing akan menyebar melalui orbit jika asteroid atau komet jatuh. Jenis bangkai kapal ini lebih dinamis, kata Malaspina, yang membuatnya lebih sulit diprediksi.

Namun, pada akhirnya, prediksi hanya akan memberi Anda lebih banyak pengetahuan tentangnya Kapan Sebuah pesawat ruang angkasa bisa menabrak setitik debu besar. Efek satu kali seperti ini tidak bisa dihindari. Letusan JWST akan terus berlanjut seiring waktu, tetapi ini adalah kemungkinan yang selalu disiapkan NASA. “Anda hanya harus hidup dengan kemungkinan bahwa pada akhirnya Anda akan menabrak beberapa partikel seukuran debu, dan Anda melakukan yang terbaik dengan rekayasa,” kata Malaspina.