لماذا يُعد التعرض للغبار الفضائي جانبًا لا مفر منه في السفر إلى الفضاء

في الثامن من حزيران (يونيو) ، كشفت وكالة ناسا أن مرصدها الفضائي الجديد القوي ، تلسكوب جيمس ويب الفضائي ، يحتوي الآن على قبة صغيرة في إحدى مراياها الأساسية بعد تعرضها للرشق بواسطة نيازك مجهري أكبر من المتوقع في الفضاء السحيق. كانت الأخبار بمثابة صدمة إلى حد ما لأن التأثير حدث بعد خمسة أشهر فقط من فترة التلسكوب الفضائية – لكن مثل هذه الضربات هي ببساطة جانب لا مفر منه من السفر إلى الفضاء ، ومن المؤكد أن المزيد من الهجمات في طريقها.

على الرغم مما يوحي به اسمه ، فإن المساحة ليست فارغة تمامًا. داخل نظامنا الشمسي ، تتنقل أجزاء صغيرة من الغبار الفضائي عبر المناطق الواقعة بين كواكبنا بسرعات هائلة يمكن أن تصل إلى عشرات الآلاف من الأميال في الساعة. هذه النيازك الدقيقة ، التي ليست أكبر من حبة الرمل ، غالبًا ما تكون قطعًا صغيرة من الكويكبات أو المذنبات التي انفصلت وتدور الآن حول الشمس. وهم في كل مكان. تقدير تقريبي للنيازك الصغيرة في النظام الشمسي الداخلي تقدر كتلتها الإجمالية مجتمعة بحوالي 55 تريليون طن (إذا تم دمجهم جميعًا في صخرة واحدة ، فستكون بحجم جزيرة صغيرة تقريبًا).

هذا يعني أنك إذا أرسلت مركبة فضائية إلى الفضاء السحيق ، فمن المؤكد أن أجهزتك ستصطدم بواحدة من هذه القطع الصغيرة من الصخور الفضائية في مرحلة ما. مع العلم بذلك ، سيقوم مهندسو المركبات الفضائية ببناء مركباتهم بوسائل حماية معينة للحماية من ضربات النيازك الدقيقة. غالبًا ما يدمجون شيئًا يسمى Whipple shielding ، وهو حاجز خاص متعدد الطبقات. إذا تم ضرب الدرع بواسطة نيزك صغير ، سيمر الجسيم عبر الطبقة الأولى ويتشظي إلى أبعد من ذلك ، لذلك تصطدم الطبقة الثانية بجزيئات أصغر. عادة ما يتم استخدام هذا التدريع حول المكونات الحساسة للمركبة الفضائية لتوفير حماية إضافية.

ولكن مع تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا ، أو JWST ، فإن الأمر أكثر تعقيدًا. يجب تعريض مرايا التلسكوب المطلية بالذهب لبيئة الفضاء من أجل جمع الضوء بشكل صحيح من الكون البعيد. وبينما تم بناء هذه المرايا لتحمل بعض الصدمات ، فهي عبارة عن بط جالس إلى حد ما لضربات النيازك المكروية الأكبر ، مثل تلك التي ضربت JWST في مايو. على الرغم من أن النيازك الدقيق كان لا يزال أصغر من حبة الرمل ، إلا أنه كان أكبر مما توقعته وكالة ناسا – وهو ما يكفي لإلحاق الضرر بإحدى المرايا.

يقوم مشغلو المركبات الفضائية بنمذجة تجمعات النيازك المكروية في الفضاء للحصول على فهم أفضل لعدد المرات التي قد تتعرض فيها مركبة فضائية للضرب في أي جزء معين من النظام الشمسي – وما هو حجم الجسيمات التي قد تضرب أجهزتها. ولكن حتى ذلك الحين ، فهو ليس نظامًا مضمونًا. يقول ديفيد مالاسبينا ، عالم الفيزياء الفلكية بجامعة كولورادو الذي يركز على تأثيرات الغبار الكوني على المركبات الفضائية ، “كل هذا احتمال” الحافة. “يمكنك فقط أن تقول ،” لدي فرصة أن أصاب بهذا الحجم من الجسيمات. ” ولكن سواء فعلت ذلك أم لا ، فهذا عائد إلى الصدفة “.

تمتلك النيازك الدقيقة مجموعة واسعة من قصص المنشأ. يمكن أن تكون نواتج متبقية من الاصطدامات عالية السرعة في الفضاء ، والتي تحطم الصخور الفضائية إلى قطع صغيرة. كما تتعرض الكويكبات والمذنبات للقصف بمرور الوقت بواسطة جزيئات فضائية وفوتونات من الشمس ، مما يتسبب في قطع صغيرة منها. يمكن أن يقترب الكويكب أيضًا من كوكب كبير مثل كوكب المشتري ، حيث يؤدي سحب الجاذبية القوي إلى شد أجزاء من الصخور. أو يمكن أن يقترب جسم ما من الشمس بشدة ويصبح شديد السخونة ، مما يتسبب في تمدد الصخور وتقسيمها إلى أجزاء. حتى أن هناك نيازك مجهرية بين النجوم تمر للتو عبر نظامنا الشمسي من أحياء كونية بعيدة.

تعتمد سرعة تحرك هذه الجسيمات على منطقة الفضاء التي توجد فيها والمسار الذي تسلكه حول نجمنا ، بمتوسط ​​حوالي 45000 ميل في الساعة ، أو 20 كيلومترًا في الثانية. يعتمد أيضًا ما إذا كانت ستصطدم بمركبتك الفضائية أم لا على المكان الذي تعيش فيه مركبتك في الفضاء ومدى سرعة تحركها. على سبيل المثال ، المسبار الشمسي باركر التابع لناسا هو أقرب جسم من صنع الإنسان للشمس في الوقت الحالي ، حيث يتحرك بسرعة قصوى تزيد عن 400 ألف ميل في الساعة. يقول مالاسبينا ، الذي ركز على دراسة تأثيرات النيازك الدقيقة على مسبار باركر الشمسي: “إنه يصل إلى خط 4 ياردات ، مقارنةً بكون الأرض على طول الطريق في منطقة نهاية واحدة”. إنه يتحرك أيضًا عبر الجزء الأكثر كثافة في منطقة تسمى سحابة البروج ، وهي عبارة عن قرص سميك من جزيئات الفضاء يتخلل نظامنا الشمسي. لذا فإن المسبار الشمسي باركر يتعرض للهجوم الرملي بشكل متكرر أكثر من JWST – وهو يصطدم بهذه الجسيمات بسرعات عالية بشكل لا يصدق مما قد يصطدم به التلسكوب.

يمنحنا مسبار باركر الشمسي فهمًا أفضل للنيازك الدقيقة حول الشمس ، ولكن لدينا فهم جيد للسكان حول الأرض أيضًا. عندما يضرب نيزك صغير الغلاف الجوي العلوي حول كوكبنا ، فإنه يحترق ويخلق دخانًا نيزكيًا – جزيئات دخان دقيقة يمكن قياسها. يمكن أن تخبرنا كمية هذا الدخان عن مقدار الغبار الذي يضرب الأرض بمرور الوقت. بالإضافة إلى ذلك ، كانت هناك تجارب في محطة الفضاء الدولية ، حيث تم تركيب المواد على السطح الخارجي للمختبر المداري لمعرفة عدد مرات قصفها.

الصورة: ناسا

بينما يعيش JWST على بعد حوالي مليون ميل من الأرض ، إلا أنه لا يزال قريبًا نسبيًا. لدى العلماء أيضًا فكرة عما يوجد هناك بناءً على بعثات أخرى تم إرسالها إلى مدار مشابه لمدار JWST. ومعظم الأشياء التي تصطدم بالتلسكوب ليست بهذه الأهمية. تقول مالاسبينا: “تصطدم المركبات الفضائية بأطفال صغار طوال الوقت”. “بالقليل ، أعني كسور الميكرون – أصغر بكثير من شعرة الإنسان. وبالنسبة للجزء الأكبر ، لا تلاحظ المركبات الفضائية ذلك حتى “. في الواقع ، أصيبت JWST بالفعل بأربعة نيازك صغيرة قبل أن تصطدم بالميكرو نيزك الأكبر في مايو.

قامت وكالة ناسا بنمذجة بيئة النيازك الدقيقة قبل إطلاق JWST ، ولكن في ضوء التأثير الأخير ، قامت الوكالة بتشكيل فريق جديد لتحسين نماذجهم والتنبؤ بشكل أفضل بما قد يحدث للتلسكوب بعد التأثيرات المستقبلية. ستحاول نمذجة النيازك الدقيقة الحالية التنبؤ بأشياء مثل كيفية انتشار الحطام عبر مدار إذا تحطم كويكب أو مذنب. يقول مالاسبينا إن هذا النوع من الحطام أكثر ديناميكية ، مما يجعل من الصعب التنبؤ به.

ومع ذلك ، في نهاية اليوم ، سيعطيك التنبؤ ببساطة المزيد من المعرفة عنه متى قد تصطدم مركبة فضائية بنقطة كبيرة من الغبار. التأثيرات التي تحدث لمرة واحدة مثل هذه ببساطة حتمية. سيستمر انفجار JWST بمرور الوقت ، ولكن كان هذا الاحتمال الذي كانت ناسا دائمًا على استعداد له. يقول مالاسبينا: “عليك فقط أن تتعايش مع احتمال أن تصطدم في النهاية ببعض جسيمات الغبار ذات الحجم ، وأنت تبذل قصارى جهدك مع الهندسة”.