Микрометеороид - Micrometeoroid

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

А микрометеороид крошечный метеороид: небольшая частица камня в космосе, обычно весом менее грамм. А микрометеорит такая частица, которая выживает при прохождении через Атмосфера Земли и достигает поверхности Земли.

Термин «микрометеороид» был официально запрещен IAU в 2017 году как дублирующий метеороид.[1]

Истоки и орбиты

Смотрите также: Космическая пыль

Микрометеороиды - это очень маленькие куски камня или металла, отколовшиеся от более крупных кусков породы и обломков, часто относящихся к зарождению Солнечная система. Микрометеороиды чрезвычайно распространены в космосе. Крошечные частицы являются основным фактором космическое выветривание процессы. Когда они попадают на поверхность Луна, или любое безвоздушное тело (Меркурий, то астероиды и т. д.), возникающие в результате плавление и испарение вызывают потемнение и другие оптические изменения реголит.

Микрометеороиды менее стабильны. орбиты чем метеороиды из-за их большей площадь поверхности к масса соотношение. Падающие на Землю микрометеороиды могут предоставить информацию о явлениях нагрева в миллиметровом масштабе в солнечная туманность. Метеориты и микрометеориты (так они известны по прибытии на поверхность Земли) могут быть собраны только в районах, где нет наземных осаждение, как правило, полярные регионы. Лед собирается, а затем тает и фильтруется, чтобы микрометеориты можно было извлечь под микроскопом.

Достаточно маленькие микрометеороиды избегают значительного нагрева при входе в Атмосфера Земли.[2] Сбор таких частиц высоколетящими самолетами начался в 1970-х гг.[3] с тех пор эти образцы стратосферы собраны межпланетная пыль (называется Браунли частицы до того, как их внеземное происхождение было подтверждено) стали важным компонентом внеземные материалы доступны для изучения в лабораториях на Земле.

Исторические исследования

В 1946 году во время Гиакобинидный метеоритный дождь, Гельмут Ландсберг собрал несколько мелких магнитных частиц, по-видимому, связанных с ливнем.[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 верхняя атмосфера. Вместо этого они быстро замедлились, а затем упали на Землю нерасплавленными. Для того чтобы классифицировать объекты такого типа, он ввел термин "микрометеорит ".[5]

Скорости

Уиппл в сотрудничестве с Флетчер Уотсон из Гарвардская обсерватория, 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 местоположения источника метеоров, демонстрируя, что большая часть материала осталась от комета хвосты, и что ни один из них не имеет внесолнечного происхождения.[6] Сегодня понятно, что метеороиды всех видов - это остатки материала, образовавшегося в результате образования Солнечной системы, состоящие из частиц из межпланетное облако пыли или другие объекты, состоящие из этого материала, например кометы.[7]

Поток

Лунный образец 61195 от Аполлон-16 текстурированные с «ямами» от ударов микрометеоритов.

Ранние исследования основывались исключительно на оптических измерениях. В 1957 г. Ханс Петтерссон провела одно из первых прямых измерений падения космической пыли на Землю, оценив его в 14 300 000 тонн в год.[8] Это свидетельствовало о том, что поток метеороидов в космосе был намного выше, чем число, основанное на наблюдениях телескопа. Такой высокий поток представлял очень серьезную опасность для высокоорбитальных Аполлон капсулы и для полетов на Луну. Чтобы определить, было ли прямое измерение точным, был проведен ряд дополнительных исследований, в том числе Спутниковая программа Pegasus, Лунный орбитальный аппарат 1, Луна 3, Марс 1 и Пионер 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.[9] Они показали, что поток был намного ниже, чем ранее предполагалось, от 10 000 до 20 000 тонн в год.[10] В Сюрвейерская программа определили, что поверхность Луны относительно каменистая.[10] Большинство лунных образцов вернулось во время Программа Аполлона на их верхней поверхности есть следы от ударов микрометеоритов, обычно называемые «ямками».[11]

Влияние на работу космических аппаратов

Смотрите также: Космический мусор
Электронно-микроскопическое изображение орбитального отверстия для мусора, сделанного в панели Solar Max спутниковое.

Микрометеороиды представляют значительную угрозу для исследование космического пространства. Средняя скорость микрометеороидов относительно космический корабль на орбите составляет 10 километров в секунду (22 500 миль в час). Устойчивость к ударам микрометеороидов - серьезная проблема при проектировании космических аппаратов и космический костюм дизайнеры (Видеть Одежда с тепловым микрометеороидом ). В то время как крошечные размеры большинства микрометеороидов ограничивают наносимый ущерб, удары с высокой скоростью будут постоянно разрушать внешнюю оболочку космического корабля аналогично пескоструйная обработка. Долгосрочное воздействие может угрожать функциональности систем космических аппаратов.[12]

Столкновения небольших объектов с чрезвычайно высокой скоростью (10 километров в секунду) являются актуальной областью исследований в терминальная баллистика. (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.[12] Они также создают серьезные инженерные проблемы в теоретических недорогих подъемных системах, таких как ротоваторы, космические лифты, и орбитальные дирижабли.[13][14]

Защита космического корабля от микрометеороида

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

Работа Уиппла предшествовала космическая гонка и это оказалось полезным, 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.[6]

Уиппл уже разработал решение этой проблемы в 1946 году. Первоначально известный как «метеоритный бампер», а теперь именуемый Щит Уиппла, он представляет собой тонкую пленку из фольги, удерживаемую 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.[15] Экран позволяет изготавливать корпус космического корабля только толщиной, необходимой для структурной целостности, в то время как фольга добавляет небольшой дополнительный вес. Такой космический корабль легче, чем тот, у которого есть панели, предназначенные для прямой остановки метеороидов.

Для космических аппаратов, которые проводят большую часть времени на орбите, некоторые разновидности щита Уиппла десятилетиями были почти универсальными.[16][17] Более поздние исследования показали, что керамическое волокно тканые экраны обеспечивают лучшую защиту от сверхскоростных (~ 7 км / с) частиц, чем алюминий щиты равного веса.[18] Другой современный дизайн использует многослойная гибкая ткань, как в НАСА дизайн для его никогда не летающего ТрансХаб расширяемый жилой модуль,[19]и Расширяемый модуль деятельности Bigelow, который был запущен в апреле 2016 года и прикреплен к МКС за два года орбитальных испытаний.[20][21]


Сноски

  1. ^ Определение терминов в метеорной астрономии. (PDF) https://www.iau.org/static/science/scientific_bodies/commissions/f1/meteordefinitions_approved.pdf. Получено 25 июл 2020. Отсутствует или пусто | название = (Помогите)
  2. ^ П. Фраундорф (1980) Распределение температурных максимумов для микрометеоритов, замедлявшихся в атмосфере Земли без плавления Geophys. Res. Lett. 10:765-768.
  3. ^ Д. Э. Браунли, Д. А. Томандл и Э. Ольшевски (1977) Межпланетная пыль: новый источник внеземного материала для лабораторных исследований, Proc. Lunar Sci. Конф. 8-е:149-160.
  4. ^ Фред Уиппл, "Теория микрометеоритов, часть I: в изотермической атмосфере" В архиве 24 сентября 2015 г. Wayback Machine, Труды Национальной академии наук, Volume 36 Number 12 (15 декабря 1950), стр. 667 - 695.
  5. ^ Фред Уиппл, «Теория микрометеоритов». В архиве 17 октября 2015 г. Wayback Machine, Популярная астрономия, Том 57, 1949, стр. 517.
  6. ^ а б Уиппл, Фред (1951). "Модель кометы. II. Физические соотношения для комет и метеоров". Астрофизический журнал. 113: 464–474. Bibcode:1951ApJ ... 113..464Вт. Дои:10.1086/145416.
  7. ^ Браунли, Д. Э .; Tomandl, D.A .; Ольшевский, Э. (1977). «1977LPI ..... 8..145B Межпланетная пыль: новый источник внеземного материала для лабораторных исследований». Материалы 8-й лунной научной конференции. 1977: 149–160. Bibcode:1977ЛПИ ..... 8..145Б.
  8. ^ Ханс Петтерссон, «Космические сферы и метеоритная пыль». Scientific American, Volume 202 Issue 2 (февраль 1960), стр. 123–132.
  9. ^ Эндрю Снеллинг и Дэвид Раш, «Лунная пыль и возраст Солнечной системы» В архиве 12 мая 2011 г. Wayback Machine Технический журнал Creation Ex-Nihilo, Volume 7 Number 1 (1993), p. 2–42.
  10. ^ а б Снеллинг, Эндрю и Дэвид Раш. «Лунная пыль и возраст Солнечной системы». В архиве 2012-03-09 в Wayback Machine Технический журнал Creation Ex-Nihilo, Том 7, Номер 1, 1993 г., стр. 2–42.
  11. ^ Вильгельмс, Дон Э. (1993), На каменистую луну: история исследования Луны геологом, Университет Аризоны Press, п.97, ISBN  978-0816510658
  12. ^ а б Родригес, Карен (26 апреля 2010 г.). «Микрометеороиды и орбитальный мусор (MMOD)». www.nasa.gov. Получено 2018-06-18.
  13. ^ Свон, Райт, Свон, Пенни, Кнапман, Питер А., Дэвид И., Кэти В., Роберт Э., Джон М. (2013). Космические лифты: оценка технической осуществимости и перспективы развития. Вирджиния, США: Международная академия астронавтики. С. 10–11, 207–208. ISBN  9782917761311.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  14. ^ Свон, П., Пенни, Р. Свон, К. Живучесть космического лифта, Устранение образования космического мусора, Lulu.com Publishers, 2011 г.
  15. ^ Брайан Марсден, «Профессор Фред Уиппл: астроном, который разработал идею, что кометы - это« грязные снежки »». В архиве 11 февраля 2018 в Wayback Machine Независимый, 13 ноября 2004 г.
  16. ^ Фред Уиппл, «О кометах и ​​метеорах» В архиве 29 июня 2008 г. Wayback Machine Наука, Volume 289 Number 5480 (4 августа 2000 г.), стр. 728.
  17. ^ Джудит Рустл (куратор), «Разработка щита: основные концепции» В архиве 27 сентября 2011 г. Wayback Machine, НАСА HVIT. Проверено 20 июля 2011 года.
  18. ^ Керамическая ткань обеспечивает защиту космического возраста В архиве 9 марта 2012 г. Wayback Machine, 1994 Симпозиум по сверхскоростному удару
  19. ^ Ким Дисмукс (куратор), «ТрансХаб Концепт» В архиве 1 июня 2007 г. Wayback Machine, НАСА, 27 июня 2003 г. Проверено 10 июня 2007 г.
  20. ^ Хауэлл, Элизабет (2014-10-06). «Запуск частного надувного зала на космическую станцию ​​в следующем году». Space.com. В архиве из оригинала 4 декабря 2014 г.. Получено 2014-12-06.
  21. ^ «МКС приветствует CRS-8 Dragon после безупречного запуска». 9 апреля 2016. В архиве из оригинала 23 апреля 2016 г.. Получено 14 мая 2016.

Смотрите также

внешняя ссылка