Удары высокоскоростной пыли вызывают плазменные взрывы на солнечном зонде Parker

Новое исследование показало, что самый быстрый из когда-либо управляемых космических аппаратов, NASA Parker Solar Probe, регулярно испытывает высокоскоростные столкновения с частицами пыли, которые создают взрывы плазмы.

Запущенный в 2018 году зонд Parker Solar Probe — это последняя и самая амбициозная попытка НАСА исследовать Солнце.

На сегодняшний день он подошел к солнцу ближе, чем какая-либо другая миссия; его оборудование работало при самых высоких температурах среди всех космических кораблей; а зонд — самый быстрый из когда-либо созданных человеком объектов.

Однако необычайная скорость, с которой летит Parker Solar Probe — около 447000 миль в час (720 000 км / час) при наиболее близком приближении к Солнцу — означает, что столкновение даже с крошечной пылинкой может вызвать взрывы, которые могут превратить зонд в самый песок. космический корабль когда-либо.

«Солнечный зонд Parker был поражен пылью десятки тысяч раз», — сказал ведущий автор исследования Дэвид Маласпина, физик космической плазмы из Университета Колорадо в Боулдере. «Во время своего девятого обращения вокруг Солнца из 24 запланированных орбит были периоды, когда солнечный зонд Паркер сталкивался с гиперскоростной пылинкой в ​​среднем каждые 12 секунд».

Чтобы узнать больше о том, какой ущерб могут нанести эти столкновения, исследователи проанализировали данные, собранные антеннами зонда и датчиками магнитного поля. Результатом является наиболее полная картина того, как сверхскоростные столкновения пыли — те, которые происходят на скорости более 6700 миль в час (10780 км / ч) — могут повредить космический корабль и нарушить его работу.

При полете рядом с солнцем зонд Parker Solar Probe проходит через самую плотную область зодиакального облака. Это толстое скопление пыли в форме блина, которое простирается по всей Солнечной системе, состоит из крошечных пылинок от астероидов и комет. Когда космический корабль летит через это облако, тысячи пылинок шириной от 2 до 20 микрон ударяют его с гиперскорости, вызывая взрывы, которые длятся менее одной тысячной секунды.

Для сравнения: средний человеческий волос имеет ширину около 100 микрон. При ударе частицы пыли и пораженная поверхность космического корабля нагреваются настолько, что испаряются, а затем распадаются на электроны и ионы, образуя плазму, то же состояние вещества, которое составляет звезды и молнии. «В то время как большинство ударов пыли вызывают лишь небольшие эффекты, некоторые из них имеют очень высокую энергию, создавая обломки и плотные облака плазмы, на которых мы сосредоточились в этом исследовании», — сказала Маласпина.

«Мы идентифицировали около 250 из этих очень высокоэнергетических ударов во время первых восьми витков солнечного зонда Паркера вокруг Солнца». Самое большое из этих столкновений также генерирует облака мусора, которые медленно расширяются от зонда. «Пылевые плазменные облака наблюдались на космических кораблях с 1980-х годов, когда« Вояджер »прошел через плоскость кольца Сатурна, но ни одно ударное плазменное облако, наблюдаемое до этого, не было достаточно плотным, чтобы вызвать такие четко измеримые эффекты», — сказала Маласпина.

Как отметила Маласпина, несмотря на то, что в Parker Space Probe поступает много пыли, он остается в рабочем состоянии. «Большинство пылинок, падающих на космический корабль, очень маленькие», — отметила Маласпина. «Хотя это очень эффективно производит пескоструйную очистку поверхности космического корабля, риск столкновения с крупинкой пыли, достаточно большой, чтобы вызвать катастрофический отказ, остается низким».

По словам Маласпины, эти новые данные могут помочь ученым усовершенствовать конструкцию космических кораблей, чтобы лучше защитить их от ударов на сверхвысоких скоростях, а также от образующихся плазмы и обломков. Например, исследователи могут захотеть «тщательно рассмотреть свойства фрагментации внешних материалов при сверхскоростных ударах», — пояснил он.

«Это особенно верно для миссий, где важна непрерывная навигация по звездным камерам или где электромагнитное притяжение обломков космического корабля к поверхности космического корабля может быть проблемой». Это исследование также помогает ученым составить карту структуры и плотности межпланетного пылевого облака около Солнца, «чего никогда не делалось с помощью прямых измерений с космического корабля», — сказала Маласпина.

«Это может дать обновленные модели этой среды и дать более точные прогнозы опасности столкновения пыли в любых будущих миссиях». Кроме того, эти открытия могут привести к новому пониманию космической погоды вокруг Солнца. Например, измерения позволили команде изучить, как эти плазменные взрывы взаимодействуют с солнечным ветром, потоком частиц, исходящим от Солнца.

Эта информация, в свою очередь, может пролить свет на то, как большие количества плазмы, такие как те, что находятся в верхних слоях атмосферы Венеры и Марса, уносятся солнечным ветром, сказала Маласпина. Ученые подробно расскажут о своих выводах 11 ноября на ежегодном собрании отделения физики плазмы Американского физического общества в Питтсбурге.