Микрометеороид
Микрометеороид — это крошечный метеороид : небольшая частица камня в космосе, обычно весом менее грамма . Микрометеорит — это такая частица, которая выдерживает прохождение через атмосферу Земли и достигает поверхности Земли.
Термин «микрометеороид» был официально признан устаревшим МАС в 2017 году как избыточный для термина «метеороид». [1]
Происхождение и орбиты
[ редактировать ]Микрометеороиды — это очень маленькие кусочки камня или металла, отколовшиеся от более крупных кусков камня и обломков, часто относящиеся к периоду зарождения Солнечной системы . Микрометеороиды чрезвычайно распространены в космосе. Крошечные частицы вносят основной вклад в космического выветривания процессы . Когда они ударяются о поверхность Луны или любого безвоздушного тела ( Меркурия , астероидов и т. д.), возникающее в результате плавление и испарение вызывают потемнение и другие оптические изменения в реголите .
Микрометороиды имеют менее стабильные орбиты , чем метеороиды, из-за большего отношения площади поверхности к массе . Микрометеороиды, падающие на Землю, могут предоставить информацию о нагревании в миллиметровом масштабе в солнечной туманности . Метеориты и микрометеориты (как их называют по прибытии на поверхность Земли) можно собирать только в районах, где нет земных отложений , обычно в полярных регионах. Лед собирается, затем плавится и фильтруется, чтобы микрометеориты можно было извлечь под микроскопом.
Достаточно маленькие микрометеороиды избегают значительного нагрева при входе в . атмосферу Земли [2] Сбор таких частиц высотными самолетами начался в 1970-х годах. [3] с этого времени эти образцы собранной в стратосфере межпланетной пыли (так называемые частицы Браунли до того, как было подтверждено их внеземное происхождение) стали важным компонентом внеземных материалов, доступных для изучения в лабораториях на Земле.
Исторические исследования
[ редактировать ]В 1946 году во время Гиакобиниды метеорного потока собрал несколько мелких магнитных частиц , Гельмут Ландсберг которые, по-видимому, были связаны с потоком. [4] 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 нерастаявшими. Чтобы классифицировать подобные объекты, он ввёл термин « микрометеорит ». [5]
Скорости
[ редактировать ]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 были использованы для определения источника метеоров, продемонстрировав, что основная часть материала осталась от хвостов комет , и что ничто из этого не имеет внесолнечного происхождения. [6] Сегодня понятно, что метеороиды всех видов — это остатки образования Солнечной системы, состоящие из частиц межпланетного пылевого облака или других объектов, состоящих из этого материала, таких как кометы. [7]
Поток
[ редактировать ]
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. [8] Это позволило предположить, что поток метеороидов в космосе был намного выше, чем число, основанное на наблюдениях телескопа. Такой высокий поток представлял очень серьезный риск для высокоорбитальных капсул «Аполлона» и миссий на Луну. Чтобы определить, было ли прямое измерение точным, последовал ряд дополнительных исследований, включая спутниковую программу Pegasus , Lunar Orbiter 1 , Luna 3 , Mars 1 и Pioneer 5 . Они показали, что скорость прохождения метеоров в атмосферу (или поток) соответствовала оптическим измерениям и составляла от 10 000 до 20 000 тонн в год. [9] Программа Surveyor определила, что поверхность Луны относительно каменистая. [10] Большинство лунных образцов, возвращенных в ходе программы «Аполлон», имеют на верхних поверхностях следы от ударов микрометеоритов, обычно называемые «ямами взрыва». [11]
Влияние на работу космических кораблей
[ редактировать ]
Микрометеороиды представляют собой серьезную угрозу освоению космоса . Средняя скорость микрометеороидов относительно космического корабля на орбите составляет 10 километров в секунду (22 500 миль в час). Устойчивость к воздействию микрометеороидов является серьезной проблемой при проектировании космических кораблей и скафандров ( см. «Тепловая одежда из микрометеороидов» ). В то время как крошечные размеры большинства микрометеороидов ограничивают нанесенный ущерб, удары с высокой скоростью будут постоянно разрушать внешний корпус космического корабля, аналогично пескоструйной очистке . Длительное воздействие может поставить под угрозу функциональность систем космического корабля. [12]
Удары небольших объектов с чрезвычайно высокой скоростью (10 километров в секунду) являются современной областью исследований в терминальной баллистике (хотя ускорение объектов до таких скоростей затруднительно; современные методы включают линейные двигатели и кумулятивные заряды ). Риск особенно высок для объектов, находящихся в космосе в течение длительных периодов времени, таких как спутники . [12] Они также создают серьезные инженерные проблемы для теоретических недорогих подъемных систем, таких как ротоваторы , космические лифты и орбитальные дирижабли. [13] [14]
Микрометеороидная защита космического корабля
[ редактировать ]
Работа Уиппла предшествовала космической гонке и оказалась полезной, когда исследование космоса началось всего несколько лет спустя. Его исследования показали, что вероятность столкновения с метеороидом, достаточно большим, чтобы уничтожить космический корабль, крайне мала. Однако космический корабль почти постоянно будет сталкиваться с микрометеоритами размером с пылинку. [6]
Уиппл уже разработал решение этой проблемы в 1946 году. Первоначально известный как «метеоритный бампер», а 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 щитом и космическим кораблем, она настолько рассеивается, что не может проникнуть в структурный материал внизу. [15] Щит позволяет построить корпус космического корабля толщиной, необходимой для структурной целостности, в то время как фольга добавляет небольшой дополнительный вес. Такой космический корабль легче корабля с панелями, предназначенными для прямой остановки метеороидов.
Для космических кораблей, которые проводят большую часть своего времени на орбите, некоторые разновидности щита Уиппла на протяжении десятилетий были почти универсальными. [16] [17] Более поздние исследования показали, что керамического волокна экраны из обеспечивают лучшую защиту от частиц со сверхскоростью (~ 7 км/с), чем алюминиевые экраны такого же веса. [18] В другом современном проекте используется многослойная гибкая ткань , как в расширяемого проекте НАСА для никогда не летавшего TransHab . космического жилого модуля [19] и расширяемый модуль деятельности Бигелоу , который был запущен в апреле 2016 года и прикреплен к МКС для двухлетних орбитальных испытаний. [20] [21]
Сноски
[ редактировать ]- ^ Комиссия IAU F1 (30 апреля 2017 г.). «Определение терминов метеорной астрономии» (PDF) . Международный астрономический союз . Проверено 25 июля 2020 г.
- ^ П. Фраундорф (1980) Распределение температурных максимумов для микрометеоритов, замедлившихся в атмосфере Земли без плавления Geophys. Рез. Летт. 10 :765-768.
- ^ Д. Е. Браунли, Д. А. Томандл и Э. Ольшевски (1977) Межпланетная пыль: новый источник внеземного материала для лабораторных исследований, Proc. Лунная наука. Конф. 8-й : 149-160.
- ^ Фред Уиппл, «Теория микрометеоритов, Часть I: В изотермической атмосфере». Архивировано 24 сентября 2015 г. в Wayback Machine , Труды Национальной академии наук , Том 36, номер 12 (15 декабря 1950 г.), стр. 667. – 695.
- ^ Фред Уиппл, «Теория микрометеоритов». Архивировано 17 октября 2015 года в Wayback Machine , Popular Astronomy , том 57, 1949, стр. 517.
- ^ Jump up to: а б Уиппл, Фред (1951). «Модель кометы. II. Физические связи комет и метеоров» . Астрофизический журнал . 113 : 464–474. Бибкод : 1951ApJ...113..464W . дои : 10.1086/145416 .
- ^ Браунли, Делавэр; Томандл, Д.А.; Ольшевский, Э. (1977). «1977LPI.....8..145B Межпланетная пыль: новый источник внеземного материала для лабораторных исследований». Материалы VIII Лунной научной конференции . 1977 : 149–160. Бибкод : 1977LPI.....8..145B .
- ^ Ханс Петтерссон, «Космические сферы и метеоритная пыль». Scientific American , том 202, выпуск 2 (февраль 1960 г.), стр. 123–132.
- ↑ Эндрю Снеллинг и Дэвид Раш, «Лунная пыль и эпоха Солнечной системы». Архивировано 12 мая 2011 года в Wayback Machine техническом журнале Creation Ex-Nihilo , том 7, номер 1 (1993), стр. 2–42.
- ^ Снеллинг, Эндрю и Дэвид Раш. «Лунная пыль и возраст Солнечной системы». Архивировано 9 марта 2012 г. в техническом журнале Wayback Machine Creation Ex-Nihilo , том 7, номер 1, 1993, стр. 2–42.
- ^ Вильгельмс, Дон Э. (1993), На каменистую луну: геологическая история исследования Луны , University of Arizona Press , стр. 97 , ISBN 978-0816510658
- ^ Jump up to: а б Родригес, Карен (26 апреля 2010 г.). «Микрометеороиды и орбитальный мусор (MMOD)» . www.nasa.gov . Архивировано из оригинала 28 октября 2009 года . Проверено 18 июня 2018 г.
- ^ Свон, Питер А.; Райт, Дэвид И.; Свон, Кэти В.; Пенни, Роберт Э.; Кнапман, Джон М. (2013). Космические лифты: оценка технологической осуществимости и путь вперед . Вирджиния, США: Международная академия астронавтики. стр. 10–11, 207–208. ISBN 9782917761311 .
- ^ Свон, П., Пенни, Р. Свон, К. Выживаемость космического лифта, уменьшение количества космического мусора, Lulu.com Publishers, 2011
- ^ Брайан Марсден, «Профессор Фред Уиппл: астроном, развивший идею о том, что кометы — это« грязные снежки »». Архивировано 11 февраля 2018 года в Wayback Machine The Independent , 13 ноября 2004 года.
- ^ Фред Уиппл, «О кометах и метеорах». Архивировано 29 июня 2008 г. в Wayback Machine Science , том 289, номер 5480 (4 августа 2000 г.), стр. 728.
- ^ Джудит Ройстл (куратор), «Разработка щита: основные концепции». Архивировано 27 сентября 2011 года в Wayback Machine , NASA HVIT. Проверено 20 июля 2011 г.
- ^ Керамическая ткань обеспечивает защиту от космической эры. Архивировано 9 марта 2012 г. на Wayback Machine , Симпозиум по воздействию гиперскорости 1994 г.
- ^ Ким Дисмукс (куратор), «Концепция TransHab». Архивировано 1 июня 2007 года в Wayback Machine , НАСА, 27 июня 2003 года. Проверено 10 июня 2007 года.
- ^ Хауэлл, Элизабет (6 октября 2014 г.). «Частная надувная комната будет отправлена на космическую станцию в следующем году» . Space.com . Архивировано из оригинала 4 декабря 2014 года . Проверено 6 декабря 2014 г.
- ^ «МКС приветствует CRS-8 Dragon после безупречного запуска» . 9 апреля 2016 года. Архивировано из оригинала 23 апреля 2016 года . Проверено 14 мая 2016 г. .