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Perché essere colpiti dalla polvere spaziale è inevitabile nei viaggi spaziali

L’8 giugno, la NASA ha annunciato che il suo nuovo potente osservatorio spaziale, il James Webb Space Telescope, ora ha una piccola ammaccatura in uno dei suoi specchi primari dopo essere stato bombardato da un micrometeoroide più grande del previsto nello spazio. La notizia è stata un po’ scioccante, dato che l’impatto è avvenuto a soli cinque mesi dall’inizio del mandato del telescopio nello spazio, ma tali impatti sono semplicemente un aspetto inevitabile dei viaggi nello spazio e sicuramente altri impatti arriveranno.

Contrariamente a quanto potrebbe suggerire il nome, lo spazio non è esattamente vuoto. All’interno del nostro sistema solare, minuscole particelle di polvere spaziale sfrecciano attraverso le regioni tra i nostri pianeti a velocità tremende che possono raggiungere decine di migliaia di chilometri all’ora. Questi micrometeoroidi, non più grandi di un granello di sabbia, sono spesso piccoli pezzi di asteroidi o comete che si sono staccati e ora orbitano attorno al Sole. E sono ovunque. Una stima approssimativa dei piccoli meteoroidi nel sistema solare interno pone la loro massa totale a circa 55 trilioni di tonnellate (se fossero tutti combinati in un’unica roccia, sarebbe delle dimensioni di una piccola isola).

Ciò significa che se invii un’astronave nello spazio, il tuo hardware è destinato a essere colpito da uno di quei piccoli frammenti di roccia spaziale a un certo punto. Sapendo questo, gli ingegneri dei veicoli spaziali progetteranno i loro veicoli con protezioni specifiche per proteggerli dagli impatti dei micrometeoriti. Spesso contengono un cosiddetto scudo Whipple, una speciale barriera multistrato. Quando lo scudo viene colpito da un micrometeoroide, la particella penetra nel primo strato e si frantuma ulteriormente, colpendo il secondo strato con particelle ancora più piccole. Tale schermatura viene in genere utilizzata attorno ai componenti sensibili dei veicoli spaziali per una maggiore protezione.

Ma con il James Webb Space Telescope della NASA, o JWST, è più difficile. Gli specchi rivestiti in oro del telescopio devono essere esposti all’ambiente spaziale per raccogliere correttamente la luce dall’universo lontano. E mentre questi specchi sono costruiti per resistere ad alcuni impatti, sono più o meno facili prede di impatti di micrometeoriti più grandi come quello che ha colpito JWST a maggio. Sebbene il micrometeoroide fosse ancora più piccolo di un granello di sabbia, era più grande di quanto previsto dalla NASA, abbastanza da danneggiare uno degli specchi.

Gli operatori di veicoli spaziali stanno modellando la popolazione di micrometeoroidi nello spazio per capire meglio con quale frequenza un veicolo spaziale potrebbe essere colpito in una particolare parte del sistema solare e quale dimensione delle particelle potrebbe colpire il loro hardware. Ma anche allora, non è un sistema infallibile. “Tutto è probabile”, afferma David Malaspina, astrofisico dell’Università del Colorado che si concentra sugli effetti della polvere cosmica sui veicoli spaziali Il bordo. “Tutto quello che puoi dire è: ‘Ho questa possibilità di essere colpito da una particella di quelle dimensioni.’ Ma che tu lo faccia o meno dipende dal caso.

Esempi di diversi tipi di schermatura Whipple
Immagine: NASA

I micrometeoroidi hanno una vasta gamma di storie di formazione. Potrebbero essere i resti di collisioni spaziali ad alta velocità che polverizzano le rocce spaziali in minuscoli pezzi. Asteroidi e comete sono anche bombardati da particelle spaziali e fotoni del Sole nel tempo, causando la rottura di minuscoli pezzi. Un asteroide può anche avvicinarsi troppo a un grande pianeta come Giove, dove la forte attrazione gravitazionale strappa le rocce. Oppure un oggetto può avvicinarsi troppo al sole e diventare troppo caldo, facendo espandere e frantumare la roccia. Ci sono persino micrometeoroidi interstellari che sfrecciano attraverso il nostro sistema solare da quartieri cosmici più distanti.

La velocità con cui queste particelle viaggiano dipende dalla regione dello spazio in cui si trovano e dal percorso che fanno attorno alla nostra stella, con una media di circa 45.000 miglia orarie, o 20 chilometri al secondo. Il fatto che colpiscano o meno la tua astronave dipende anche da dove si trova il tuo veicolo nello spazio e dalla velocità con cui si sta muovendo. Ad esempio, la Parker Solar Probe della NASA è attualmente l’oggetto artificiale più vicino al sole, che si muove a una velocità massima di oltre 400.000 miglia orarie. “Va alla linea delle 4 yard rispetto alla Terra, che si trova interamente in una end zone”, afferma Malaspina, che si è concentrato sullo studio degli impatti della micrometeorite sulla Parker Solar Probe. Si muove anche attraverso la parte più densa di una regione chiamata nuvola zodiacale, uno spesso disco di particelle spaziali che permea il nostro sistema solare. Quindi la Parker Solar Probe viene sabbiata più spesso di JWST – e colpisce queste particelle a velocità incredibilmente elevate rispetto a quanto colpirebbe il telescopio.

La sonda solare Parker ci offre una migliore comprensione dei micrometeoroidi intorno al Sole, ma abbiamo anche una buona conoscenza delle popolazioni di tutto il mondo. Ogni volta che un micrometeoroide colpisce l’atmosfera superiore intorno al nostro pianeta, brucia e produce fumo meteorico, particelle di fumo fini che possono essere misurate. La quantità di questo fumo può dirci quanta polvere colpisce la terra nel tempo. Inoltre, sono stati condotti esperimenti sulla Stazione Spaziale Internazionale, attaccando materiali all’esterno del laboratorio orbitante per vedere quanto spesso vengono bombardati.

Rappresentazione artistica della sonda solare Parker della NASA
Immagine: NASA

Mentre JWST vive a circa 1 milione di miglia dalla Terra, è ancora relativamente vicino. Gli scienziati hanno anche un’idea di cosa c’è là fuori sulla base di altre missioni che sono state inviate in un’orbita simile a JWST. E la maggior parte delle cose che colpiscono il telescopio non sono un grosso problema. “Le astronavi vengono continuamente colpite dai più piccoli”, dice Malaspina. “Con poco, intendo frazioni di micron, molto, molto, molto più piccole di un capello umano. E per la maggior parte, i veicoli spaziali non li notano nemmeno”. In effetti, il JWST era stato colpito da piccoli micrometeoroidi quattro volte prima di essere colpito dal micrometeoroide più grande a maggio.

La NASA ha modellato l’ambiente del micrometeoroide prima di lanciare JWST, ma dato il recente impatto, l’agenzia ha convocato un nuovo team per perfezionare i propri modelli e prevedere meglio cosa potrebbe accadere al telescopio dopo gli impatti futuri. L’attuale modellazione di micrometeoroidi cercherà di prevedere cose come detriti che si propagano attraverso un’orbita quando un asteroide o una cometa si rompono. Questo tipo di detriti è più dinamico, dice Malaspina, rendendolo più difficile da prevedere.

Alla fine, tuttavia, la previsione ti darà semplicemente più informazioni al riguardo Se un’astronave potrebbe essere colpita da un grosso granello di polvere. Addebiti una tantum come questo sono semplicemente inevitabili. Il JWST continuerà a saltare in aria nel tempo, ma è stata una contingenza per la quale la NASA è sempre stata preparata. “Devi solo convivere con la probabilità che a un certo punto verrai colpito da una particella di polvere di quelle dimensioni e stai solo facendo del tuo meglio con la tecnologia”, afferma Malaspina.

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