Введение
Метеороид массой менее одного грамма
Микрометеороид – это очень маленький метеороид: небольшая частица горной породы в космосе, обычно весом менее грамма. Микрометеорит – это такая частица, которая переживает прохождение через атмосферу Земли и достигает её поверхности. Термин "микрометеороид" был официально признан избыточным и отменён Международным астрономическим союзом (МАС) в 2017 году, поскольку дублирует термин "метеороид".
Происхождение и орбиты
Микрометеориды – это очень маленькие частицы породы или металла, отколовшиеся от более крупных обломков, часто сохранившие следы формирования Солнечной системы. Микрометеориды чрезвычайно распространены в космосе. Эти мельчайшие частицы вносят значительный вклад в процессы космического выветривания. При столкновении с поверхностью Луны или любого тела, лишенного атмосферы (Меркурий, астероиды и т.д.), происходит плавление и испарение вещества, вызывающие потемнение и другие оптические изменения реголита. Из-за большего отношения площади поверхности к массе, микрометеориды имеют менее устойчивые орбиты, чем метеориты. Микрометеориды, достигающие Земли, могут предоставить информацию о миллиметровых масштабах нагрева в солнечной туманности. Метеориты и микрометеориты (так их называют после падения на поверхность Земли) собирают только в районах, где отсутствует земное осадконакопление, как правило, в полярных регионах. Лед собирают, затем растапливают и фильтруют, чтобы извлечь микрометеориты под микроскопом. Достаточно мелкие микрометеориды избегают существенного нагрева при входе в атмосферу Земли. Сбор таких частиц с помощью высотных самолетов начался в 1970-х годах, и с тех пор эти образцы стратосферной межпланетной пыли (ранее известные как частицы Брауни, до подтверждения их внеземного происхождения) стали важным источником внеземных материалов для изучения в земных лабораториях.
Исторические исследования
В 1946 году во время метеорного потока Джакобинид Гельмут Ландсберг собрал несколько небольших магнитных частиц, предположительно связанных с этим потоком. Фред Уиппл заинтересовался этим и опубликовал статью, в которой показал, что частицы такого размера были слишком малы, чтобы сохранять свою скорость при прохождении через верхние слои атмосферы. Вместо этого они быстро замедлялись и падали на Землю, не расплавляясь. Для классификации подобных объектов он ввел термин "микрометеорит".
Скорости
Уиппл, в сотрудничестве с Флетчером Уотсоном из Гарвардской обсерватории, возглавил усилия по строительству обсерватории для непосредственного измерения скорости метеоров, которые можно было наблюдать. В то время источник микрометеоритов был неизвестен. Непосредственные измерения, проведенные в новой обсерватории, позволили установить источник метеоров, показав, что большая часть материала является остатком от кометных хвостов, и что ничто из этого не имеет внесолнечного происхождения. Сегодня известно, что метеороиды всех типов – это остаточное вещество, образовавшееся при формировании Солнечной системы, состоящее из частиц межпланетного пылевого облака или других объектов, созданных из этого материала, таких как кометы.
Поток
Ранние исследования основывались исключительно на оптических измерениях. В 1957 году Ханс Петтерсон провел одно из первых прямых измерений скорости падения космической пыли на Землю, оценив её в 14 300 000 тонн в год. Это указывало на то, что поток метеороидов в космосе был значительно выше, чем оценки, полученные на основе телескопических наблюдений. Такой высокий поток представлял серьезную угрозу для пилотируемых кораблей "Аполлон" на высоких орбитах и для миссий на Луну. Для проверки точности прямого измерения было проведено несколько дополнительных исследований, включая программу спутников "Пегас", Lunar Orbiter 1, "Луна-3", "Марс-1" и "Пионер-5". Эти исследования показали, что скорость проникновения метеоров в атмосферу, или поток, соответствовала оптическим измерениям, составляя примерно от 10 000 до 20 000 тонн в год. Программа "Сурвейер" установила, что поверхность Луны относительно каменистая. Большинство лунных образцов, доставленных на Землю в ходе программы "Аполлон", несут на своей верхней поверхности следы ударов микрометеоритов, обычно называемые "запитовыми кратерами".
Влияние на работу космических аппаратов
Микрометеориты представляют серьезную угрозу для освоения космоса. Средняя скорость микрометеоритов относительно космического аппарата на орбите составляет 10 километров в секунду. Обеспечение защиты от ударов микрометеоритов – важная конструкторская задача для разработчиков космических аппаратов и скафандров (см. Термический микрометеоритный костюм). Несмотря на малые размеры большинства микрометеоритов, ограничивающие масштаб повреждений, высокоскоростные столкновения постоянно приводят к износу внешней оболочки космических аппаратов, подобно пескоструйной обработке. Длительное воздействие может угрожать работоспособности бортовых систем. Изучение ударов небольших объектов на экстремально высоких скоростях (10 километров в секунду) является актуальной областью исследований в терминальной баллистике (хотя разгон объектов до таких скоростей представляет сложность; современные методы включают линейные двигатели и кумулятивные заряды). Риск особенно велик для объектов, находящихся в космосе в течение продолжительного времени, таких как спутники.
Защита от микрометеоритов космических аппаратов
Работа Уиппла предшествовала космической гонке и оказалась полезной, когда освоение космоса началось всего через несколько лет. Его исследования показали, что вероятность столкновения с метеоритом, достаточно крупным, чтобы уничтожить космический аппарат, крайне мала. Однако космический аппарат практически постоянно подвергается воздействию микрометеоритов размером с пылинки. Щит позволяет строить корпус космического аппарата минимальной толщины, необходимой для обеспечения прочности конструкции, при этом фольга добавляет незначительный вес. Такой космический аппарат легче, чем аппарат с панелями, предназначенными для прямой остановки метеоритов. Для космических аппаратов, большую часть времени находящихся на орбите, различные варианты щита Уиппла стали почти универсальными на протяжении десятилетий. Последующие исследования показали, что щиты из керамического волокна обеспечивают лучшую защиту от частиц, движущихся с гиперскоростью (~7 км/с), чем алюминиевые щиты аналогичного веса. Другая современная конструкция использует многослойную гибкую ткань, как в конструкции NASA для так и не реализованного расширяемого обитаемого модуля TransHab и расширяемого модуля активности Bigelow, который был запущен в апреле 2016 года и пристыкован к МКС для двух лет орбитальных испытаний.