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]
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 процессы космического выветривания . 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 нагревания при входе в атмосферу Земли . [2] Сбор таких частиц высоколетящими самолетами начался в 1970-х годах, [3] с тех пор эти образцы собранной в стратосфере межпланетной пыли (так называемые частицы Браунли до того, как было подтверждено их внеземное происхождение) стали важным компонентом внеземной пыли. материалы доступны для изучения в лабораториях на Земле.
В 1946 году во время метеорного дождя Джакобиниды Гельмут Ландсберг собрал несколько мелких магнитных частиц, 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 объекты такого типа, он ввел термин « микрометеорит ». [5]
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 представляют собой остатки материала от формирования Солнечной системы, состоящие из частиц межпланетного пылевого облака или других объектов, состоящих из этого материала, таких как кометы. [7]
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, были ли прямые измерения точными, 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]
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 в теоретических недорогих подъемных системах, таких как ротоваторы , космические лифты и орбитальные дирижабли. [13] [14]
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 пленки из 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 экраны из тканого керамического волокна обеспечивают лучшую защиту от частиц со сверхскоростью (~ 7 км/с), чем алюминиевые экраны того же веса. [18] В другой современной конструкции используется многослойная гибкая ткань , как в конструкции НАСА никогда не летавшего расширяемого космического жилого модуля TransHab [19] и расширяемого модуля активности Бигелоу , который был запущен в апреле 2016 года и прикреплен к МКС на два года орбитальных испытаний. [20] [21]
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )