Микрометеороид - Micrometeoroid

Микрометеорит, собранный из антарктического снега, был микрометеороидом до того, как попал в атмосферу Земли.

Микрометеорит представляет собой миниатюрный метеороид : небольшая частица породы в пространстве, как правило , вес меньше грамма . Микрометеоритная такая частица , которая выживает прохождение через атмосферу Земли и достигает поверхности Земли.

Термин «микрометеороид» был официально исключен МАС в 2017 году как избыточный для метеороида.

Истоки и орбиты

Микрометеороиды - это очень маленькие куски камня или металла, отколовшиеся от более крупных кусков горных пород и обломков, которые часто восходят к зарождению Солнечной системы . Микрометеороиды чрезвычайно распространены в космосе. Крошечные частицы вносят основной вклад в процессы космического выветривания . Когда они ударяются о поверхность Луны или любое безвоздушное тело ( Меркурий , астероиды и т. Д.), В результате плавления и испарения происходит потемнение и другие оптические изменения реголита .

Микрометеороиды имеют менее стабильные орбиты, чем метеороиды, из-за их большего отношения площади поверхности к массе . Падающие на Землю микрометеороиды могут предоставить информацию о явлениях нагрева в миллиметровом масштабе в солнечной туманности . Метеориты и микрометеориты (так их называют по прибытии на поверхность Земли) можно собирать только в районах, где нет земных отложений , как правило, в полярных регионах. Лед собирают, затем тают и фильтруют, чтобы микрометеориты можно было извлечь под микроскопом.

Достаточно маленькие микрометеороиды избегают значительного нагрева при входе в атмосферу Земли . Сбор таких частиц высоколетящими самолетами начался в 1970-х годах, с тех пор эти образцы межпланетной пыли, собранные в стратосфере ( до подтверждения их внеземного происхождения назывались частицами Браунли ), стали важным компонентом внеземных материалов, доступных для изучения в лабораториях. на земле.

Исторические исследования

В 1946 году во время метеоритного дождя Giacobinid , Гельмут Ландсберг собрали несколько небольших магнитных частиц , которые, по- видимому , связанные с душевой кабиной. Фред Уиппл был заинтригован этим и написал статью, в которой продемонстрировал, что частицы такого размера слишком малы, чтобы сохранять свою скорость, когда они сталкиваются с верхними слоями атмосферы . Вместо этого они быстро замедлились, а затем упали на Землю нерасплавленными. Чтобы классифицировать объекты такого типа, он ввел термин « микрометеорит ».

Скорости

Уиппл в сотрудничестве с Флетчером Уотсоном из Гарвардской обсерватории возглавил попытку построить обсерваторию для прямого измерения скорости видимых метеоров. В то время источник микрометеоритов не был известен. Прямые измерения в новой обсерватории использовались для определения местонахождения источника метеоров, демонстрируя, что основная масса материала осталась от кометных хвостов, и что ни один из них не имеет внесолнечного происхождения. Сегодня понятно, что метеороиды всех видов - это остатки материала от образования Солнечной системы, состоящие из частиц межпланетного пылевого облака или других объектов, состоящих из этого материала, например комет.

Поток

Лунный образец 61195 с Аполлона-16 с текстурой "ямки" от ударов микрометеоритов.

Ранние исследования основывались исключительно на оптических измерениях. В 1957 году Ханс Петтерссон провел одно из первых прямых измерений падения космической пыли на Землю, оценив его в 14 300 000 тонн в год. Это свидетельствовало о том, что поток метеороидов в космосе был намного выше, чем число, основанное на наблюдениях с помощью телескопа. Такой высокий поток представлял очень серьезную опасность для высоко орбитальных капсул Аполлона и для полетов на Луну. Чтобы определить, было ли прямое измерение точным, был проведен ряд дополнительных исследований, в том числе спутниковая программа Pegasus , Lunar Orbiter 1 , Luna 3 , Mars 1 и Pioneer 5 . Они показали, что скорость метеоров, попадающих в атмосферу, или поток, соответствовала оптическим измерениям и составляла от 10 000 до 20 000 тонн в год. Программа Surveyor Program определила, что поверхность Луны относительно каменистая. Большинство лунных образцов, возвращенных во время программы «Аполлон», имеют на своей верхней поверхности следы от ударов микрометеоритов, обычно называемые «ямами для взрыва».

Влияние на работу космических аппаратов

Электронно-микроскопическое изображение орбитальной дыры от мусора, сделанной в панели спутника Solar Max .

Микрометеороиды представляют серьезную угрозу для освоения космоса . Средняя скорость микрометеороидов относительно космического корабля на орбите составляет 10 километров в секунду (22 500 миль в час). Устойчивость к ударам микрометеороидов является серьезной проблемой при проектировании космических аппаратов и скафандров ( см. « Одежда с термометеороидами» ). Хотя крошечные размеры большинства микрометеороидов ограничивают наносимый ущерб, удары с высокой скоростью будут постоянно разрушать внешний корпус космического корабля аналогично пескоструйной очистке . Длительное воздействие может поставить под угрозу функциональность систем космических аппаратов.

Удары небольших объектов с чрезвычайно высокой скоростью (10 километров в секунду) являются актуальной областью исследований в области терминальной баллистики . (Ускорение объектов до таких скоростей затруднено; современные методы включают линейные двигатели и кумулятивные заряды .) Риск особенно высок для объектов в космосе в течение длительных периодов времени, таких как спутники . Они также создают серьезные инженерные проблемы в теоретических недорогих подъемных системах, таких как ротоваторы , космические лифты и орбитальные дирижабли.

Защита космического корабля от микрометеороида

«Энергетическая вспышка» сверхскоростного удара во время моделирования того, что происходит, когда кусок орбитального мусора попадает в космический корабль на орбите.

Работа Уиппла предшествовала космической гонке, и она оказалась полезной, когда исследование космоса началось всего несколько лет спустя. Его исследования показали, что вероятность столкновения с метеороидом, достаточно большим, чтобы уничтожить космический корабль, была чрезвычайно мала. Однако космический корабль почти постоянно будет поражать микрометеоритами размером с пылинки.

Уиппл уже разработал решение этой проблемы в 1946 году. Первоначально известный как «метеоритный бампер» и теперь называемый щитом Уиппла , он состоит из тонкой фольги, удерживаемой на небольшом расстоянии от корпуса космического корабля. Когда микрометеороид ударяется о фольгу, он испаряется в плазму, которая быстро распространяется. К тому времени, когда эта плазма пересекает зазор между экраном и космическим кораблем, она настолько рассеивается, что не может проникнуть в конструкционный материал внизу. Экран позволяет изготавливать корпус космического корабля ровно той толщины, которая необходима для структурной целостности, в то время как фольга добавляет небольшой дополнительный вес. Такой космический корабль легче, чем космический корабль с панелями, предназначенными для прямой остановки метеороидов.

Для космических кораблей, которые проводят большую часть своего времени на орбите, некоторые разновидности щита Уиппла были почти универсальными на протяжении десятилетий. Более поздние исследования показали, что экраны из керамического волокна обеспечивают лучшую защиту от сверхскоростных (~ 7 км / с) частиц, чем алюминиевые экраны того же веса. В другом современном дизайне используется многослойная гибкая ткань , как в дизайне НАСА для своего никогда не использовавшегося расширяемого космического жилого модуля TransHab и расширяемого модуля активности Bigelow , который был запущен в апреле 2016 года и прикреплен к МКС на два года орбитального полета. тестирование.

Сноски

Смотрите также

Внешние ссылки