چرا برخورد با گردوغبار فضا، جنبه اجتناب‌ناپذیر سفرهای فضایی است؟
۱۸ خرداد، ناسا فاش کرد که تلسکوپ فضایی جیمز وب، رصدخانه فضایی قدرتمند جدیدش در اعماق فضا مورد اصابت ریزشهاب‌واره‌ای بزرگتر از حد انتظار قرار گرفته و دراثر آن، گودی کوچکی در یکی از آینه‌های اصلی‌اش ایجاد شده است. این خبر کمی شوکه‌کننده بود؛ زیرا برخورد تنها پنج ماه پس از آغاز سفر فضایی تلسکوپ رخ داد. بااین‌حال چنین اصابت‌هایی صرفاً نمایانگر جنبه‌ی اجتناب‌ناپذیر سفرهای فضایی هستند و قطعاً برخوردهای بیشتری در راه است.
فضا برخلاف آنچه از نامش برمی‌آید، دقیقاً خالی نیست. در منظومه شمسی، تکه‌های ریز گردوغبار فضایی با سرعت‌های فوق‌العاده بالایی که می‌تواند به ده‌ها هزار کیلومتر بر ساعت برسد، در مناطق بین سیارات ما حرکت می‌کنند. این ریزشهابوارهها که بزرگتر از دانه‌ی شن نیستند، اغلب قطعات کوچکی از سیارک‌ها یا دنباله‌دارها هستند که از آن‌ها کنده شده‌اند، اکنون به دور خورشید می‌چرخند و همه جا وجود دارند. براساس یک تخمین تقریبی از شهاب‌واره‌های کوچک درون منظومه شمسی، مجموع جرم کل آن‌ها در حدود ۵۵ تریلیون تن است. اگر تمام آن‌ها در یک سنگ ترکیب شوند، تقریباً به اندازه‌ی یک جزیره کوچک می‌شوند.
چنین حجمی از ذرات پراکنده در فضا بدان معنی است که اگر فضاپیمایی را به اعماق فضا بفرستید، قطعاً در نقطه‌ای مورد اصابت یکی از این شهاب‌واره‌های کوچک قرار خواهد گرفت. با دانستن این موضوع، مهندسان فضاپیما وسایل نقلیه‌ی خود را با سپرهای ویژه‌ای برای مقاومت دربرابر برخورد ریزشهابوارهها می‌سازند. آن‌ها اغلب از مانع چندلایه‌ی ویژه‌ای به نام سپر ویپل استفاده می‌کنند. اگر سپر مورد اصابت یک ریزشهاب‌واره قرار گیرد، ذره از لایه‌ی اول عبور می‌کند و به مراتب تکه‌تکه‌تر می‌شود. درنتیجه لایه‌ی دوم مورد اصابت ذرات به مراتب کوچک‌تر قرار می‌گیرد. چنین سپری معمولاً در اطراف قطعات حساس فضاپیما برای محافظت بیشتر استفاده می‌شود.
اما با تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا، این کار دشوارتر است. آینه‌های با روکش طلای تلسکوپ باید درمعرض محیط فضا قرار گیرند تا بتوانند نور را از نواحی دوردست کیهان به درستی جمع‌آوری کنند. در حالی‌که این آینه‌ها برای مقاومت دربرابر برخی ضربه‌ها ساخته شده‌اند، دربرابر برخورد ریزشهابوارههای بزرگتر، مانند آنچه در ماه می به جیمز وب برخورد کرد، کمابیش آسیب‌پذیر هستند. این ریزشهاب‌واره هنوز کوچک‌تر از یک دانه‌ی شن بود؛ اما بزرگتر از چیزی بود که ناسا پیش‌بینی می‌کرد و بدان اندازه بود که به یکی از آینه‌ها آسیب برساند.
اپراتورهای فضاپیما تجمع ریزشهاب‌واره‌هارا در فضا مدلسازی می‌کنند تا تعداد دفعاتی را که ممکن است یک فضاپیما در هر قسمت از منظومه شمسی مورد اصابت آن‌ها قرار گیرد، بهتر درک کنند و همچنین دریابند ذرات با چه اندازه‌ای می‌توانند به سخت‌افزار آن‌ها آسیب بزنند. اما حتی با وجود این تلاش‌ها، فضاپیما به کلی مصون نخواهد بود. دیوید مالاسپینا، اخترفیزیکدان دانشگاه کلرادو که برخورد گردوغبار کیهانی روی فضاپیماها را مطالعه می‌کند، به خبرگزاری ورج می‌گوید: «همه چیز احتمالات است. شما فقط می‌توانید بگویید این احتمال برایم وجود دارد که با ذره‌ای به این اندازه برخورد کنم. اما اینکه اصلا برخورد کنید یا خیر، به شانس بستگی دارد.»
نمونه‌هایی از انواع مختلف سپر ویپل.
ریزشهابوارهها می‌توانند خاستگاه‌های بسیار مختلفی داشته باشند. آن‌ها می‌توانند ذرات باقی‌مانده از برخوردهای پرسرعتی در فضا باشند که سنگ‌های فضایی را به قطعات کوچک تبدیل می‌کنند. سیارک‌ها و دنباله‌دارها نیز در طول زمان با ذرات فضایی و فوتون‌های خورشید بمباران و به قطعات کوچک تبدیل می‌شوند. یک سیارک همچنین می‌تواند به سیاره بزرگی مانند مشتری خیلی نزدیک و دراثر کشش گرانشی قوی آن متلاشی شود. یا یک جسم می‌تواند با نزدیک‌شدن بیش از حد به خورشید و گرم‌شدن شدید، دچار انبساط و تکه‌تکه‌شدن شود. حتی ریزشهابوارههای میان‌ستاره‌ای نیز وجود دارند که از محله‌های کیهانی دورتر به منظومه شمسی ما وارد می‌شوند.
- پایان مرحله هم‌ترازی آینه‌های جیمز وب؛ تلسکوپ اکنون می‌تواند واضح‌ترین تصاویر ممکن را ثبت کند
- تلسکوپ جیمز وب قطعاً با زباله‌های فضایی برخورد خواهد کرد؛ اما مشکلی پیش نمی‌آید
سرعت حرکت این ذرات که به‌طور متوسط به تقریباً ۲۰ کیلومتر بر ثانیه می‌رسد، به منطقه‌ای از فضا و مسیری که در اطراف ستاره‌ی ما می‌پیمایند، بستگی دارد. اینکه آیا آن‌ها با فضاپیمای شما برخورد خواهند کرد یا خیر، به محل حضور وسیله نقلیه‌ی شما در فضا و سرعت حرکت آن بستگی دارد. به‌عنوان مثال، کاوشگر خورشیدی پارکر ناسا که نزدیک‌ترین جسم انسان‌ساخت به خورشید است، در حال حاضر با حداکثر سرعت بیش از ۶۴۳ هزار کیلومتر بر ساعت حرکت می‌کند. مالاسپینا که برخورد ریزشهابوارهها با کاوشگر خورشیدی پارکر را مطالعه می‌کند، می‌گوید این فضاپیما در متراکم‌ترین بخش منطقه‌ای به نام ابر منطقةالبروجی پرواز می‌کند. این ابر قرص ضخیمی از ذرات فضایی است که در منظومه شمسی ما نفوذ می‌کند. بنابراین کاوشگر خورشیدی پارکر بیشتر از جیمز وب درمعرض اصابت با گردوغبار فضایی قرار دارد و با سرعت بسیار بالاتری با این ذرات برخورد می‌کند.
کاوشگر خورشیدی پارکر به ما درک بهتری از ریزشهابوارههای اطراف خورشید می‌دهد؛ اما ما درک نسبتاً خوبی از تجمع این ذرات در اطراف زمین نیز داریم. هر زمان که یک ریزشهاب‌واره به جو فوقانی سیاره‌ی ما برخورد می‌کند، می‌سوزد و دودی ایجاد می‌کند که قابل اندازه‌گیری است. مقدار این دود می‌تواند به ما بگوید که در طول زمان چه مقدار گردوغبار به زمین برخورد می‌کند. علاوه بر این، آزمایش‌هایی در ایستگاه فضایی بین‌المللی انجام شده است؛ جایی که مواد خارج از آزمایشگاه در مدار نصب شده‌اند تا معلوم شود چند مرتبه تحت بمباران گردوغبار فضایی قرار می‌گیرند.
تصویر هنری از کاوشگر خورشیدی پارکر ناسا.
درحالی‌که تلسکوپ فضایی جیمز وب تقریباً ۱٫۵ میلیون کیلومتر دور از زمین زندگی می‌کند، هنوز هم نسبتاً نزدیک است. دانشمندان براساس مأموریت‌های دیگری که به همان مدار جیمز وب فرستاده شده‌اند، از مقدار ذرات موجود در آنجا شناخت دارند. بااین‌حال بیشتر چیزهایی که به تلسکوپ برخورد می‌کنند، چندان مهم نیستند. مالاسپینا می‌گوید: «سفینه‌های فضایی همیشه مورد اصابت ذرات کوچک قرار می‌گیرند. منظورم از کوچک، کسری از میکرون است؛ بسیار، بسیار، بسیار کوچک‌تر از موی انسان و در بیشتر موارد، فضاپیماها حتی متوجه این موارد نمی‌شوند.» در واقع، جیمز وب پیش از آنکه در ماه مه مورد اصابت ریزشهاب‌واره‌ای بزرگتر قرار گیرد، چهار مرتبه با ریزشهابوارههای کوچک برخورد کرده بود.
ناسا پیش از پرتاب جیمز وب، محیط ریزشهابوارهها را مدلسازی کرده بود؛ اما با توجه به برخورد اخیر، آژانس فضایی تیم جدیدی را برای اصلاح مدل‌های خود و پیش‌بینی بهتر اتفاقاتی تشکیل داده است که احتمال دارد پس از برخوردهای آینده برای تلسکوپ رخ دهد. مدل‌های کنونی ریزشهابوارهها تلاش می‌کنند مواردی مانند چگونگی انتشار بقایا در مدار درصورت فروپاشی یک سیارک یا دنباله‌دار را پیش‌بینی کنند. مالاسپینا می‌گوید این نوع زباله‌ها پویاتر هستند و پیش‌بینی آن‌ها سخت‌تر است.
بااین‌حال درنهایت پیش‌بینی براساس مدل‌ها به‌سادگی اطلاعات بیشتری درباره زمانی که فضاپیما ممکن است مورد اصابت ذره‌ی بزرگی قرار گیرد، به ما می‌دهد. برخوردهای نادر مانند مورد اخیر جیمز وب واقعا اجتناب‌ناپذیر است. این تلسکوپ فضایی در طول زمان به برخورد با گردوغبار فضایی ادامه خواهد داد. هرچند این اتفاقی بود که ناسا همیشه برایش آماده بود، احتمال وقوع همه چیز وجود دارد. مالاسپینا می‌گوید: «فقط باید با این احتمال زندگی کنید که در نهایت با یک ذره برخورد خواهید کرد.»
