julio 3, 2022

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Por qué ser golpeado por el polvo espacial es un aspecto inevitable de los viajes espaciales

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El 8 de junio, la NASA reveló que su nuevo y poderoso observatorio espacial, el Telescopio Espacial James Webb, ahora muestra un pequeño hoyuelo en uno de sus espejos principales después de haber sido golpeado por un micrometeoroide más grande de lo esperado en el espacio profundo. La noticia fue un poco impactante, ya que el impacto se produjo solo cinco meses después de la posesión del telescopio en el espacio, pero estos ataques son simplemente un aspecto inevitable de los viajes espaciales, y ciertamente hay más impactos en camino.

A pesar de lo que su nombre indica, el espacio no está precisamente vacío. Dentro de nuestro Sistema Solar, diminutos fragmentos de polvo espacial zumban a través de las regiones entre nuestros planetas a enormes velocidades que pueden alcanzar decenas de miles de kilómetros por hora. Estos micrometeoroides, no más grandes que un grano de arena, suelen ser pequeños fragmentos de asteroides o cometas que se desintegraron y ahora orbitan alrededor del Sol. Y están en todas partes. Una estimación aproximada de pequeños meteoroides dentro del Sistema Solar pone su masa total combinada en alrededor de 55 billones de toneladas (si todos estuvieran combinados en una sola roca, sería del tamaño de una pequeña isla).

Esto significa que si envía una nave espacial al espacio profundo, su hardware seguramente será golpeado por una de estas pequeñas piezas de roca espacial en algún momento. Sabiendo esto, los ingenieros de naves espaciales construirán sus vehículos con ciertas protecciones para protegerlos contra ataques de micrometeoritos. Por lo general, incorporan algo llamado protección Whipple, una barrera especial de varias capas. Si el escudo es golpeado por un micrometeoroide, la partícula atravesará la primera capa y se fragmentará aún más, por lo que la segunda capa será golpeada por partículas aún más pequeñas. Este blindaje se usa a menudo alrededor de componentes sensibles de naves espaciales para una protección adicional.

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Pero con el Telescopio Espacial James Webb de la NASA, o JWST, es más complicado. Los espejos recubiertos de oro del telescopio deben exponerse al entorno espacial para recoger adecuadamente la luz del Universo distante. Y aunque estos espejos fueron construidos para resistir algunos impactos, son objetivos más o menos fáciles para los ataques de micrometeoroides más grandes, como el que golpeó el JWST en mayo. Aunque el micrometeoroide aún era más pequeño que un grano de arena, era más grande de lo que había predicho la NASA, lo suficiente como para dañar uno de los espejos.

Los operadores de naves espaciales modelan la población de micrometeoroides en el espacio para comprender mejor con qué frecuencia una nave espacial puede ser golpeada en cualquier parte del Sistema Solar, y qué tamaños de partículas podrían chocar contra su hardware. Pero aun así, no es un sistema infalible. «Todo es probabilidad», dice David Malaspina, astrofísico de la Universidad de Colorado especializado en los impactos del polvo cósmico en las naves espaciales. Al borde. “Solo puedes decir: ‘Tengo esta posibilidad de ser golpeado por una partícula de este tamaño’. Pero lo hagas o no, es cuestión de suerte”.

Ejemplos de diferentes tipos de blindaje Whipple
Imagen: NASA

Los micrometeoroides tienen una amplia gama de historias de origen. Pueden ser los productos sobrantes de colisiones de alta velocidad en el espacio, que pulverizan las rocas espaciales en pedazos diminutos. Los asteroides y los cometas también son bombardeados con el tiempo por partículas espaciales y fotones del Sol, lo que hace que se rompan pequeños fragmentos. Un asteroide también puede acercarse mucho a un planeta grande como Júpiter, donde la fuerte atracción gravitacional arranca trozos de roca. O un objeto puede acercarse mucho al Sol y calentarse mucho, haciendo que la roca se expanda y se desmorone en pedazos. Incluso hay micrometeoroides interestelares que atraviesan nuestro Sistema Solar desde vecindarios cósmicos más distantes.

La rapidez con la que se mueven estas partículas depende de la región del espacio en la que se encuentren y la ruta que recorran alrededor de nuestra estrella, con un promedio de alrededor de 45 000 millas por hora, o 20 kilómetros por segundo. Si colisionarán o no con su nave espacial también depende de dónde vive su vehículo en el espacio y qué tan rápido se mueve. Por ejemplo, la Sonda Solar Parker de la NASA es el objeto hecho por el hombre más cercano al Sol en este momento, moviéndose a una velocidad máxima de más de 400,000 millas por hora. «Llega a la línea de 4 yardas, en comparación con la Tierra en una zona de anotación», dice Malaspina, quien se ha centrado en estudiar los impactos de micrometeoritos en Parker Solar Probe. También se está moviendo a través de la parte más densa de una región llamada nube zodiacal, un disco grueso de partículas espaciales que impregna nuestro Sistema Solar. Por lo tanto, Parker Solar Probe está siendo disparado con más frecuencia que el JWST, y está golpeando estas partículas a velocidades increíblemente altas de lo que lo haría el telescopio de otra manera.

Parker Solar Probe nos está dando una mejor comprensión de los micrometeoroides alrededor del Sol, pero también tenemos una buena comprensión de la población alrededor de la Tierra. Cada vez que un micrometeoroide golpea la atmósfera superior alrededor de nuestro planeta, se quema y crea humo meteórico, partículas finas de humo que se pueden medir. La cantidad de este humo puede decirnos cuánto polvo golpea la Tierra con el tiempo. Además, se han realizado experimentos en la Estación Espacial Internacional, donde se colocaron materiales fuera del laboratorio en órbita para ver con qué frecuencia son bombardeados.

Representación artística de la sonda solar Parker de la NASA
Imagen: NASA

Aunque JWST vive a aproximadamente 1 millón de millas de la Tierra, todavía está relativamente cerca. Los científicos también tienen una idea de lo que hay ahí fuera basándose en otras misiones enviadas a una órbita similar a la del JWST. Y la mayoría de las cosas que golpean el telescopio no son gran cosa. “Las naves espaciales son golpeadas por pequeños todo el tiempo”, dice Malaspina. “Por cerca, me refiero a fracciones de una micra, mucho, mucho, mucho más pequeñas que un cabello humano. Y la mayoría de las veces, las naves espaciales ni siquiera se dan cuenta”. De hecho, JWST ya ha sido golpeado por micrometeoroides pequeños cuatro veces antes de ser golpeado por el micrometeoroide más grande en mayo.

La NASA modeló el entorno de micrometeoritos antes del lanzamiento del JWST, pero a la luz del reciente impacto, la agencia ha convocado a un nuevo equipo para refinar sus modelos y predecir mejor lo que podría sucederle al telescopio después de futuros impactos. El modelo actual de micrometeoroides intentará predecir cosas como cómo se propagan los desechos a través de una órbita si un asteroide o un cometa se rompe. Este tipo de escombros es más dinámico, dice Malaspina, lo que dificulta la predicción.

Sin embargo, en última instancia, el pronóstico simplemente le dará más conocimiento sobre Cuando una nave espacial puede ser golpeada por una gran partícula de polvo. Los impactos únicos como este son simplemente inevitables. El JWST seguirá siendo volado con el tiempo, pero era una eventualidad para la que la NASA siempre estuvo preparada. “Solo tienes que vivir con la probabilidad de ser golpeado por alguna partícula de polvo de tamaño mediano, y simplemente hacer lo mejor que puedas con la ingeniería”, dice Malaspina.

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