Por que a exposição à poeira espacial é um aspecto inevitável das viagens espaciais

Em 8 de junho, a NASA revelou que seu novo e poderoso observatório espacial, o Telescópio Espacial James Webb, agora tem uma pequena cúpula em um de seus espelhos primários depois de ter sido atingido por meteoros microscópicos maiores do que o esperado no espaço profundo. A notícia foi um pouco chocante porque o impacto ocorreu apenas cinco meses após a posse do telescópio espacial – mas ataques como esses são simplesmente um aspecto inevitável das viagens espaciais, e mais ataques certamente virão.

Apesar do que o nome sugere, o espaço não está completamente vazio. Dentro do nosso sistema solar, minúsculos pedaços de poeira espacial viajam pelas regiões entre nossos planetas a velocidades gigantescas que podem atingir dezenas de milhares de quilômetros por hora. Esses minúsculos meteoritos, não maiores que um grão de areia, geralmente são pequenos pedaços de asteróides ou cometas que se separaram e agora orbitam o sol. Eles estão em todo lugar. Uma estimativa aproximada de pequenos meteoritos no interior do sistema solar Sua massa total combinada é estimada em 55 trilhões de toneladas (Se todos eles fossem combinados em uma rocha, seria do tamanho de uma pequena ilha.)

Isso significa que, se você enviar uma espaçonave para o espaço profundo, seus instrumentos certamente colidirão com um desses pequenos pedaços de rocha espacial em algum momento. Sabendo disso, os engenheiros da espaçonave construirão seus veículos com certas proteções para se proteger contra ataques de micrometeoritos. Muitas vezes eles incorporam algo chamado blindagem Whipple, que é uma barreira especial de várias camadas. Se o escudo for atingido por um pequeno meteoro, a partícula passará pela primeira camada e se fragmentará ainda mais, de modo que a segunda camada colidirá com partículas menores. Essa blindagem é normalmente usada em torno de componentes sensíveis de uma espaçonave para fornecer proteção adicional.

Mas com o Telescópio Espacial James Webb da NASA, ou JWST, é mais complicado. Espelhos de telescópios revestidos de ouro devem ser expostos ao ambiente espacial para coletar adequadamente a luz do universo distante. E embora esses espelhos sejam construídos para suportar algum impacto, eles são um alvo fácil para ataques de micrometeoróides maiores, como o que atingiu o JWST em maio. Embora o micrometeorito ainda fosse menor que um grão de areia, era maior do que a NASA esperava – o suficiente para danificar um dos espelhos.

Os operadores de naves espaciais estão modelando as montagens de meteoritos microscópicos no espaço para entender melhor com que frequência uma nave espacial pode ser atingida em qualquer parte do sistema solar – e qual o tamanho das partículas que podem atingir seu instrumento. Mas até então, não é um sistema infalível. “É tudo uma possibilidade”, diz David Malaspina, astrofísico da Universidade do Colorado que se concentra nos efeitos da poeira cósmica em naves espaciais. A beira. “Você pode apenas dizer: ‘Tenho uma chance de atingir esse tamanho de partícula. “Mas se você faz isso ou não, é devido ao acaso.”

Micrometeoritos têm uma ampla gama de histórias de origem. Eles podem ser produtos remanescentes de colisões de alta velocidade no espaço, que esmagam rochas espaciais em pequenos pedaços. Asteróides e cometas também são bombardeados ao longo do tempo por partículas espaciais e fótons do Sol, causando pequenos pedaços de fragmentos. O asteroide também pode se aproximar de um planeta tão grande quanto Júpiter, onde a forte atração gravitacional estica pedaços de rocha. Ou um objeto pode chegar muito perto do sol e ficar muito quente, fazendo com que as rochas se expandam e se partam em pedaços. Existem até meteoritos interestelares microscópicos passando pelo nosso sistema solar vindos de distantes vizinhanças cósmicas.

A velocidade com que essas partículas se movem depende da região do espaço em que estão e do caminho que percorrem em torno de nossa estrela, com uma média de cerca de 45.000 milhas por hora, ou 20 quilômetros por segundo. Se ele atingirá ou não sua espaçonave também depende de onde sua espaçonave mora e de quão rápido ela está se movendo. Por exemplo, a Parker Solar Probe da NASA é o objeto feito pelo homem mais próximo do Sol no momento, movendo-se a uma velocidade máxima de mais de 400.000 milhas por hora. “É até a linha de 4 jardas, em comparação com a Terra estar em uma região final”, diz Malaspina, que se concentrou em estudar os efeitos de micrometeoritos na Parker Solar Probe. Ele também se move pela parte mais densa de uma região chamada nuvem do zodíaco, que é um disco espesso de partículas espaciais que permeia nosso sistema solar. Portanto, a Parker Solar Probe está sob jateamento de areia com mais frequência do que o JWST – e colide com essas partículas a velocidades incrivelmente altas do que um telescópio faria.

A Parker Solar Probe nos dá uma melhor compreensão dos micrometeoróides ao redor do Sol, Mas também temos uma boa compreensão da população ao redor da Terra. Quando um pequeno meteoro atinge a atmosfera superior ao redor do nosso planeta, ele queima e cria fumaça de meteoro – partículas de fumaça minúsculas e mensuráveis. A quantidade dessa fumaça pode nos dizer quanta poeira está atingindo a Terra ao longo do tempo. Além disso, houve experimentos na Estação Espacial Internacional, onde o material foi instalado na superfície externa do laboratório em órbita para ver com que frequência era bombardeado.

Foto: NASA

Embora o JWST viva a cerca de um milhão de quilômetros da Terra, ainda está relativamente próximo. Os cientistas também têm uma ideia do que está por aí com base em outras missões que foram enviadas para uma órbita semelhante à do JWST. A maioria das coisas que atingem o telescópio não são tão importantes. “Naves espaciais atingem crianças o tempo todo”, diz Malaspina. “Por pouco, quero dizer frações de um mícron – muito menores que um fio de cabelo humano. E na maior parte, as naves espaciais nem percebem isso.” De fato, o JWST já foi atingido por quatro pequenos meteoros antes de atingir o micrometeorito maior em maio.

A NASA modelou o ambiente de micrometeoritos antes do lançamento do JWST, mas à luz do impacto recente, a agência reuniu uma nova equipe para melhorar seus modelos e prever melhor o que pode acontecer com o telescópio após impactos futuros. A modelagem de micrometeoritos atuais tentará prever coisas como como os detritos se espalharão por uma órbita se um asteroide ou cometa cair. Esse tipo de naufrágio é mais dinâmico, diz Malaspina, o que dificulta a previsão.

No entanto, no final do dia, a previsão simplesmente lhe dará mais conhecimento sobre isso quando Uma espaçonave pode atingir uma grande partícula de poeira. Efeitos únicos como esse são simplesmente inevitáveis. A erupção do JWST continuaria com o tempo, mas essa era uma possibilidade para a qual a NASA sempre se preparou. “Você apenas tem que viver com a possibilidade de eventualmente esbarrar em algumas partículas do tamanho de poeira e fazer o seu melhor com a engenharia”, diz Malaspina.