Pourquoi être frappé par la poussière spatiale est inévitable dans les voyages spatiaux

Le 8 juin, la NASA a annoncé que son nouvel observatoire spatial puissant, le télescope spatial James Webb, avait maintenant une petite bosse dans l’un de ses miroirs principaux après avoir été bombardé par un micrométéoroïde plus grand que prévu dans l’espace. La nouvelle a été un peu choquante, étant donné que l’impact n’est survenu que cinq mois après le début de l’espace-temps du télescope – mais des frappes comme celle-ci sont tout simplement un aspect inévitable du voyage spatial, et d’autres frappes sont sûrement à venir.

Contrairement à ce que son nom pourrait suggérer, l’espace n’est pas exactement vide. Dans notre système solaire, de minuscules particules de poussière spatiale traversent les régions entre nos planètes à des vitesses énormes pouvant atteindre des dizaines de milliers de kilomètres à l’heure. Ces micrométéoroïdes, pas plus gros qu’un grain de sable, sont souvent de petits morceaux d’astéroïdes ou de comètes qui se sont détachés et sont maintenant en orbite autour du soleil. Et ils sont partout. Une estimation approximative des petits météoroïdes du système solaire interne évalue leur masse totale à environ 55 billions de tonnes (s’ils étaient tous combinés en une seule roche, ce serait à peu près la taille d’une petite île).

Cela signifie que si vous envoyez un vaisseau spatial dans l’espace, votre matériel sera forcément touché par l’un de ces petits morceaux de roche spatiale à un moment donné. Sachant cela, les ingénieurs spatiaux concevront leurs véhicules avec des protections spécifiques pour les protéger des impacts de micrométéorites. Ils contiennent souvent un soi-disant bouclier Whipple, une barrière multicouche spéciale. Lorsque le bouclier est touché par un micrométéoroïde, la particule pénètre dans la première couche et se brise davantage, frappant la deuxième couche avec des particules encore plus petites. Un tel blindage est généralement utilisé autour des composants sensibles des engins spatiaux pour une protection supplémentaire.

Mais avec le télescope spatial James Webb de la NASA, ou JWST, c’est plus difficile. Les miroirs dorés du télescope doivent être exposés à l’environnement spatial pour collecter correctement la lumière de l’univers lointain. Et bien que ces miroirs soient construits pour résister à certains impacts, ils sont plus ou moins des proies faciles pour des impacts de micrométéorites plus importants comme celui qui a frappé JWST en mai. Bien que le micrométéoroïde soit encore plus petit qu’un grain de sable, il était plus gros que prévu par la NASA – suffisamment pour endommager l’un des miroirs.

Les opérateurs d’engins spatiaux modélisent la population de micrométéoroïdes dans l’espace pour mieux comprendre à quelle fréquence un engin spatial pourrait être touché dans une partie particulière du système solaire – et quelle taille de particule leur matériel pourrait frapper. Mais même alors, ce n’est pas un système infaillible. « Tout est probable », déclare David Malaspina, un astrophysicien de l’Université du Colorado qui se concentre sur les effets de la poussière cosmique sur les engins spatiaux. Le bord. « Tout ce que vous pouvez dire, c’est: » J’ai cette chance d’être touché par une particule de cette taille. Mais que vous le fassiez ou non, c’est au hasard.

Les micrométéoroïdes ont un large éventail d’histoires de formation. Ils peuvent être les restes de collisions spatiales à grande vitesse qui pulvérisent les roches spatiales en minuscules morceaux. Les astéroïdes et les comètes sont également bombardés par des particules spatiales et des photons du Soleil au fil du temps, provoquant la rupture de minuscules morceaux. Un astéroïde peut également s’approcher trop près d’une grande planète comme Jupiter, où la forte attraction gravitationnelle arrache les roches. Ou un objet peut s’approcher trop près du soleil et devenir trop chaud, ce qui fait que la roche se dilate et se brise en morceaux. Il y a même des micrométéoroïdes interstellaires qui traversent notre système solaire depuis des quartiers cosmiques plus éloignés.

La vitesse à laquelle ces particules se déplacent dépend de la région de l’espace dans laquelle elles se trouvent et du chemin qu’elles empruntent autour de notre étoile, avec une moyenne d’environ 45 000 miles par heure, ou 20 kilomètres par seconde. Qu’ils frappent ou non votre vaisseau spatial dépend également de l’endroit où votre véhicule se trouve dans l’espace et de sa vitesse de déplacement. Par exemple, la sonde solaire Parker de la NASA est actuellement l’objet artificiel le plus proche du soleil, se déplaçant à une vitesse maximale de plus de 400 000 miles par heure. « Il va jusqu’à la ligne de 4 mètres par rapport à la Terre, qui est entièrement dans une zone d’extrémité », explique Malaspina, qui s’est concentré sur l’étude des impacts de micrométéorites sur Parker Solar Probe. Il se déplace également à travers la partie la plus dense d’une région appelée le nuage zodiacal, un épais disque de particules spatiales qui imprègne notre système solaire. Ainsi, la sonde solaire Parker est sablée plus souvent que JWST – et elle frappe ces particules à des vitesses incroyablement élevées qu’elle ne toucherait le télescope.

La sonde solaire Parker nous permet de mieux comprendre les micrométéoroïdes autour du Soleil, mais nous avons aussi une assez bonne compréhension des populations à travers le monde. Chaque fois qu’un micrométéoroïde frappe la haute atmosphère autour de notre planète, il brûle et produit de la fumée météorique – de fines particules de fumée qui peuvent être mesurées. La quantité de cette fumée peut nous indiquer la quantité de poussière qui frappe la terre au fil du temps. De plus, des expériences ont été menées sur la Station spatiale internationale, fixant des matériaux à l’extérieur du laboratoire en orbite pour voir à quelle fréquence ils sont bombardés.

Alors que JWST vit à environ 1 million de miles de la Terre, c’est encore relativement proche. Les scientifiques ont également une idée de ce qui existe sur la base d’autres missions qui ont été envoyées sur une orbite similaire à JWST. Et la plupart des choses qui frappent le télescope ne sont pas si importantes. « Les vaisseaux spatiaux sont tout le temps touchés par des petits », explique Malaspina. « Par petit, je veux dire des fractions de micron – beaucoup, beaucoup, beaucoup plus petites qu’un cheveu humain. Et pour la plupart, les engins spatiaux ne les remarquent même pas. » En fait, JWST avait été touché par de petits micrométéoroïdes quatre fois avant d’être touché par le plus grand micrométéoroïde en mai.

La NASA a modélisé l’environnement des micrométéoroïdes avant de lancer JWST, mais compte tenu de l’impact récent, l’agence a réuni une nouvelle équipe pour affiner ses modèles et mieux prédire ce qui pourrait arriver au télescope après de futurs impacts. La modélisation actuelle des micrométéoroïdes tentera de prédire des éléments tels que la propagation de débris sur une orbite lorsqu’un astéroïde ou une comète se brise. Ce type de débris est plus dynamique, dit Malaspina, ce qui le rend plus difficile à prévoir.

En fin de compte, cependant, la prédiction vous donnera simplement plus de connaissances à ce sujet si un vaisseau spatial pourrait être touché par un gros grain de poussière. Des frais uniques comme celui-ci sont tout simplement inévitables. JWST continuera à exploser au fil du temps, mais c’était une éventualité à laquelle la NASA était toujours préparée. « Vous devez simplement vivre avec la probabilité qu’à un moment donné, vous soyez touché par une particule de poussière de cette taille, et vous faites simplement de votre mieux avec la technologie », explique Malaspina.