Pourquoi l’exposition à la poussière spatiale est un aspect inévitable des voyages spatiaux

Le 8 juin, la NASA a révélé que son nouvel observatoire spatial puissant, le télescope spatial James Webb, a maintenant un petit dôme dans l’un de ses miroirs principaux après avoir été bombardé par des météores microscopiques plus gros que prévu dans l’espace lointain. La nouvelle a été un peu choquante car l’impact s’est produit à peine cinq mois après le début du mandat du télescope spatial – mais des frappes comme celles-ci sont tout simplement un aspect inévitable du voyage spatial, et d’autres attaques sont sûres de se produire.

Malgré ce que son nom l’indique, l’espace n’est pas complètement vide. Dans notre système solaire, de minuscules morceaux de poussière spatiale voyagent à travers les régions entre nos planètes à des vitesses gigantesques pouvant atteindre des dizaines de milliers de kilomètres par heure. Ces minuscules météorites, pas plus grosses qu’un grain de sable, sont souvent de petits morceaux d’astéroïdes ou de comètes qui se sont brisés et orbitent maintenant autour du soleil. Ils sont partout. Une estimation approximative des petites météorites dans le système solaire interne Leur masse totale combinée est estimée à 55 billions de tonnes (S’ils étaient tous combinés en un seul rocher, il aurait à peu près la taille d’une petite île.)

Cela signifie que si vous envoyez un vaisseau spatial dans l’espace lointain, vos instruments sont sûrs de se heurter à l’un de ces petits morceaux de roche spatiale à un moment donné. Sachant cela, les ingénieurs des engins spatiaux construiront leurs véhicules avec certaines protections pour se prémunir contre les impacts de micro-météorites. Souvent, ils intègrent quelque chose appelé blindage Whipple, qui est une barrière spéciale à plusieurs couches. Si le bouclier est touché par un petit météore, la particule traversera la première couche et se fragmentera davantage, de sorte que la deuxième couche entrera en collision avec des particules plus petites. Ce blindage est généralement utilisé autour des composants sensibles d’un vaisseau spatial pour fournir une protection supplémentaire.

Mais avec le télescope spatial James Webb de la NASA, ou JWST, c’est plus compliqué. Les miroirs de télescope recouverts d’or doivent être exposés à l’environnement spatial afin de collecter correctement la lumière de l’univers lointain. Et bien que ces miroirs soient conçus pour résister à certains impacts, ils sont en quelque sorte un canard assis pour les frappes de micrométéoroïdes plus importantes, comme celle qui a frappé JWST en mai. Bien que la micrométéorite soit encore plus petite qu’un grain de sable, elle était plus grande que ce à quoi la NASA s’était attendue, suffisamment pour endommager l’un des miroirs.

Les opérateurs d’engins spatiaux modélisent les assemblages de météorites microscopiques dans l’espace pour mieux comprendre la fréquence à laquelle un engin spatial peut être touché dans une partie donnée du système solaire – et la taille des particules qui pourraient frapper son instrument. Mais jusque-là, ce n’est pas un système infaillible. « Tout est une possibilité », déclare David Malaspina, astrophysicien à l’Université du Colorado qui se concentre sur les effets de la poussière cosmique sur les engins spatiaux. le bord. « Vous pouvez simplement dire : ‘J’ai une chance d’atteindre cette taille de particule. « Mais que vous le fassiez ou non, c’est dû au hasard. »

Les micrométéorites ont un large éventail d’histoires d’origine. Ils pourraient être des restes de collisions à grande vitesse dans l’espace, qui brisent les roches spatiales en minuscules morceaux. Les astéroïdes et les comètes sont également bombardés au fil du temps par des particules spatiales et des photons du Soleil, provoquant de minuscules fragments. L’astéroïde peut également s’approcher d’une planète aussi grande que Jupiter, où la forte attraction gravitationnelle étire des morceaux de roche. Ou un objet pourrait s’approcher trop près du soleil et devenir très chaud, provoquant l’expansion et la fragmentation des roches. Il y a même des météorites interstellaires microscopiques qui traversent notre système solaire depuis des quartiers cosmiques éloignés.

La vitesse à laquelle ces particules se déplacent dépend de la région de l’espace dans laquelle elles se trouvent et du chemin qu’elles empruntent autour de notre étoile, avec une moyenne d’environ 45 000 miles par heure, soit 20 kilomètres par seconde. Qu’il frappe ou non votre vaisseau spatial dépend également de l’endroit où vit votre vaisseau spatial et de la vitesse à laquelle il se déplace. Par exemple, la sonde solaire Parker de la NASA est l’objet artificiel le plus proche du soleil en ce moment, se déplaçant à une vitesse maximale de plus de 400 000 milles à l’heure. « C’est jusqu’à la ligne de 4 mètres, par rapport à la Terre étant tout en bas à une région d’extrémité », explique Malaspina, qui s’est concentré sur l’étude des effets des micrométéorites sur la sonde solaire Parker. Il se déplace également à travers la partie la plus dense d’une région appelée le nuage du zodiaque, qui est un épais disque de particules spatiales qui imprègne notre système solaire. Ainsi, la sonde solaire Parker est soumise à des sablages plus fréquemment que JWST – et elle entre en collision avec ces particules à des vitesses incroyablement élevées par rapport à un télescope.

La sonde solaire Parker nous permet de mieux comprendre les micrométéoroïdes autour du Soleil, Mais nous avons aussi une bonne compréhension de la population autour de la Terre. Lorsqu’un petit météore frappe la haute atmosphère autour de notre planète, il brûle et crée de la fumée de météore – de minuscules particules de fumée mesurables. La quantité de cette fumée peut nous indiquer la quantité de poussière qui frappe la Terre au fil du temps. De plus, il y a eu des expériences sur la Station spatiale internationale, où le matériau a été installé sur la surface extérieure du laboratoire en orbite pour voir à quelle fréquence il était bombardé.

Photo : NASA

Alors que JWST vit à environ un million de kilomètres de la Terre, il est encore relativement proche. Les scientifiques ont également une idée de ce qui existe sur la base d’autres missions qui ont été envoyées sur une orbite similaire à celle de JWST. La plupart des choses qui frappent le télescope ne sont pas si importantes. « Les engins spatiaux frappent tout le temps de jeunes enfants », explique Malaspina. « Par petit, je veux dire des fractions de micron – beaucoup plus petites qu’un cheveu humain. Et pour la plupart, les vaisseaux spatiaux ne le remarquent même pas. » En fait, JWST a déjà été touché par quatre petits météores avant de toucher la plus grosse micrométéorite en mai.

La NASA a modélisé l’environnement des micrométéorites avant le lancement du JWST, mais à la lumière de l’impact récent, l’agence a constitué une nouvelle équipe pour améliorer ses modèles et mieux prédire ce qui pourrait arriver au télescope après de futurs impacts. La modélisation des micrométéorites actuelles tentera de prédire des choses comme la façon dont les débris se propageront sur une orbite si un astéroïde ou une comète s’écrase. Ce type d’épave est plus dynamique, dit Malaspina, ce qui le rend plus difficile à prévoir.

Cependant, en fin de compte, la prédiction vous donnera simplement plus de connaissances à ce sujet. lorsque Un vaisseau spatial pourrait heurter un gros grain de poussière. Des effets ponctuels comme celui-ci sont tout simplement inévitables. L’éruption du JWST se poursuivrait dans le temps, mais c’était une possibilité à laquelle la NASA s’était toujours préparée. « Vous devez juste vivre avec la possibilité que vous finissiez par tomber sur des particules de la taille d’une poussière, et vous faites de votre mieux avec l’ingénierie », explique Malaspina.