Uzay tozuna maruz kalmak neden uzay yolculuğunun kaçınılmaz bir yönüdür

8 Haziran’da NASA, yeni güçlü uzay gözlemevi James Webb Uzay Teleskobu’nun, derin uzayda beklenenden daha büyük bir mikrometeoroid tarafından atıldıktan sonra birincil aynalarından birinde küçük bir çukur sergilediğini açıkladı. Bu haber, etkinin teleskopun uzay görev süresinden sadece beş ay sonra gerçekleşmesinden bu yana biraz şok oldu – ancak bu tür grevler uzay yolculuğunun kaçınılmaz bir yönü ve daha fazlası kesinlikle yolda.

Adından da anlaşılacağı gibi, alan tam olarak boş değil. Güneş Sistemimizde, küçük uzay tozu parçaları, gezegenlerimiz arasındaki bölgeleri, saatte on binlerce mil hıza ulaşabilen devasa hızlarda yakınlaştırıyor. Bir kum tanesinden daha büyük olmayan bu mikrometeoroidler, genellikle parçalanmış ve şimdi Güneş’in etrafında dönen küçük asteroit veya kuyruklu yıldız parçalarıdır. Ve her yerdeler. İç Güneş Sistemindeki küçük meteoroidlerin kaba bir tahmini, toplam toplam kütlelerini yaklaşık 55 trilyon tona çıkarır (hepsi bir kayaya birleştirildiyse, küçük bir adanın büyüklüğü ile ilgili olurdu).

Bu, eğer uzayın derinliklerine bir uzay aracı gönderirseniz, donanımınızın bir noktada bu küçük uzay kaya parçalarından birine çarpacağı anlamına gelir. Bunu bilerek, uzay aracı mühendisleri araçlarını mikrometeoroid grevlerine karşı korumak için belirli korumalarla inşa edecekler. Genellikle özel bir çok katmanlı bariyer olan Whipple koruyucu denilen bir şeyi içerirler. Kalkan bir mikrometeoroid tarafından vurulursa, parçacık ilk katmandan geçecek ve daha da parçalanacaktır, böylece ikinci katman daha küçük parçacıklar tarafından vurulacaktır. Bu tür bir koruma genellikle ekstra koruma için uzay aracının hassas bileşenleri etrafında kullanılır.

Ancak NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu veya JWST ile daha zor. Teleskopun altın kaplamalı aynaları, uzak Evrenden gelen ışığı düzgün bir şekilde toplamak için uzay ortamına maruz bırakılmalıdır. Ve bu aynalar bazı darbelere dayanacak şekilde inşa edilmiş olsalar da, Mayıs ayında JWST’YE çarpanlar gibi daha büyük mikrometeoroid grevleri için az ya da çok oturan ördeklerdir. Mikrometeoroid hala bir kum tanesinden daha küçük olmasına rağmen, NASA’nın beklediğinden daha büyüktü — aynalardan birine zarar verecek kadar.

Uzay aracı operatörleri, bir uzay aracının Güneş Sisteminin herhangi bir bölümünde ne sıklıkta vurulabileceğini ve donanımlarını hangi boyutta parçacıkların kullanabileceğini daha iyi anlamak için uzayda bulunan mikrometeoroid popülasyonunu modellemektedir. Ama o zaman bile, kusursuz bir sistem değil. Colorado Üniversitesi’nde uzay aracı üzerindeki kozmik toz etkilerine odaklanan bir astrofizikçi olan David Malaspina, Verge’ye ”Her şey olasılık” diyor. “Sadece şunu söyleyebilirsin‘ ‘Bu büyüklükte parçacık tarafından vurulma şansım var.’ Ama sen istesen de istemesen de, o kadar şans var.”

Resim: NASA

Mikrometeoroidlerin çok çeşitli köken hikayeleri vardır. Küçük parçalar halinde alan kayalar un ufak olan uzayda yüksek hızda çarpışmalar, kalan ürünler olabilir. Asteroitler ve kuyruklu yıldızlar da zamanla Güneş’ten gelen uzay parçacıkları ve fotonlar tarafından bombalanır ve küçük parçaların kopmasına neden olur. Bir asteroit, Jüpiter gibi büyük bir gezegene çok yaklaşabilir, burada güçlü yerçekimi çekişi kaya parçalarından kopar. Ya da bir nesne Güneşe çok yaklaşabilir ve çok ısınabilir, bu da kayanın genişlemesine ve parçalara ayrılmasına neden olabilir. Güneş Sistemimizden daha uzak kozmik mahallelerden geçen yıldızlararası mikrometeoroidler bile var.

Bu parçacıkların ne kadar hızlı hareket ettikleri, hangi uzay bölgesinde olduklarına ve yıldızımızın etrafında hangi yoldan geçtiklerine bağlıdır, saatte ortalama 45.000 mil veya saniyede 20 kilometre. Uzay aracınıza çarpıp çarpmayacakları da aracınızın uzayda nerede yaşadığına ve ne kadar hızlı hareket ettiğine bağlıdır. Örneğin, NASA’nın Parker Solar Probu, şu anda Güneş’e en yakın insan yapımı nesnedir ve saatte 400.000 milden daha yüksek bir hızda hareket eder. Parker Solar Probe üzerindeki mikrometeoroid etkilerini incelemeye odaklanan Malaspina, ”Dünya’nın bir uç bölgede olmasına kıyasla 4 yarda çizgisine iniyor” diyor. Aynı zamanda, Güneş Sistemimize nüfuz eden kalın bir uzay parçacıkları diski olan zodyak bulutu adı verilen bir bölgenin en yoğun kısmından geçiyor. Bu yüzden Parker Güneş Probu jwst’den daha sık kumlanıyor — ve bu parçacıklara teleskopun çarpacağından inanılmaz derecede yüksek hızlarda çarpıyor.

Parker Güneş Probu bize Güneş’in etrafındaki mikrometeoroidleri daha iyi anlamamızı sağlıyor, ancak Dünya çevresindeki nüfusu da oldukça iyi anlıyoruz. Bir mikrometeoroid gezegenimizin etrafındaki üst atmosfere çarptığında, yanar ve meteorik duman oluşturur — ölçülebilen ince duman parçacıkları. Bu dumanın miktarı bize zaman içinde Dünya’ya ne kadar toz çarptığını söyleyebilir. Ek olarak, Uluslararası Uzay İstasyonunda, yörüngedeki laboratuvarın dışına ne sıklıkta bombalandıklarını görmek için malzemelerin monte edildiği deneyler yapıldı.

Resim: NASA

JWST Dünya’dan yaklaşık 1 milyon mil uzakta yaşarken, bu hala nispeten yakın. Bilim adamları ayrıca, JWST ile benzer bir yörüngeye gönderilen diğer görevlere dayanarak orada ne olduğu hakkında bir fikre sahipler. Teleskopa çarpan şeylerin çoğu o kadar da önemli değil. Malaspina, ”Uzay aracı her zaman küçükler tarafından vuruluyor” diyor. “Azar azar, bir mikronun fraksiyonlarını kastediyorum — insan saçından çok, çok, çok daha küçük. Ve çoğunlukla, uzay aracı bunları fark etmiyor bile.” Aslında, JWST, Mayıs ayında daha büyük mikrometeoroid tarafından vurulmadan önce dört kez küçük mikrometeoroidler tarafından vuruldu.

NASA, jwst’nin piyasaya sürülmesinden önce mikrometeoroid ortamını modelledi, ancak son etkinin ışığında ajans, modellerini geliştirmek ve gelecekteki etkilerden sonra teleskopa ne olabileceğini daha iyi tahmin etmek için yeni bir ekip topladı. Mevcut mikrometeoroid modellemesi, bir asteroit veya kuyruklu yıldız parçalanırsa enkazın bir yörüngede nasıl yayıldığı gibi şeyleri tahmin etmeye çalışacaktır. Malaspina, bu tür döküntülerin daha dinamik olduğunu ve tahmin etmeyi zorlaştırdığını söylüyor.

Bununla birlikte, günün sonunda, tahmin, bir uzay aracının büyük bir toz lekesine ne zaman çarpabileceği hakkında size daha fazla bilgi verecektir. Bunun gibi tek seferlik etkiler kaçınılmazdır. JWST zaman içinde patlamaya devam edecek, ancak NASA’nın her zaman hazır olduğu bir ihtimaldi. Malaspina, ”Sonunda bir miktar toz parçacığına çarpma ihtimaliyle yaşamak zorundasınız ve mühendislikle elinizden gelenin en iyisini yapıyorsunuz” diyor.