Védekezés a becsapódások ellen

A mikrometeoroidok becsapódásai elkerülhetetlen veszélyt jelentenek minden űreszköz számára, így a James Webb-űrtávcsőre is. A NASA szakemberei próbálják minimalizálni a veszélyt.

A NASA Godard Űrközpont (Greenbelt, Maryland) tisztaszobájában a JWST építői 2016 februárjában a robotkar segítségével helyére teszik a távcső főtükrének utolsó szegmensét. A tükör a képen a hátoldala felől látható. (Kép: NASA / Chris Gunn)

A JWST közel egy évvel ezelőtti pályára állítása, illetve a főtükör kinyitása óta 14 kimutatható hatású becsapódás érte a tükröt, vagyis havonta átlagosan 1–2 mikrometeoroid találja el a főtükröt, ami nagyjából megfelel az előzetes várakozásoknak. Egy eset kivételével a becsapódások okozta optikai hiba ugyancsak a számított és várt határokon belül maradt, mondta el Mike Menzel, a JWST egyik rendszermérnöke a NASA Goddard Űrközpontjában. Egyetlen alkalommal volt a becsapódás nagyobb erejű a vártnál, de a távcső optikai teljesítőképessége még ezt követően is kétszer jobb maradt az előzetesen elvártnál.

A JWST-vel az ábrán rózsaszínnel jelölt területen végezhetők biztonságosan tudományos észlelések, ez az úgynevezett figyelembe vehető égboltterület, (FOR, field of regard). A távcső látóirányának nem szabad a Nap mindenkori irányához 85°-kal közelebb fordulnia, de a Nap irányával ellentétes égboltterületet is 45°-kal kerülni kell, mert akkor az árnyékoló már nem vetne árnyékot a távcsőre. Ennek megfelelően a FOR a rajzon látható, tórusz alakú tartomány, amely a távcső Nap körüli mozgása miatt ekliptikai hosszúságban naponta kb. 1°-kal elfordul. A FOR adott pillanatban az égbolt 39%-át fedi le, 6 hónap alatt viszont a teljes égbolt bármely pontja elérhető a távcső számára. A távcső az ábrán a rajz síkjára merőlegesen, a néző felé mozog. (Kép: JWST Mission Operations Concept Document)

A JWST zökkenőmentes további működésének biztosítása érdekében a NASA a Goddard Űrközpont munkatársai közül felkért optikai szakértőkből és a mikrometeoroidokkal foglalkozó szakemberekből munkacsoportot hívott létre, amelybe meghívták az Űrtávcső Tudományos Intézet (STScI) és a Marshall Űrközpontban (Huntsville, Alabama) működő NASA Meteoroid Környezeti Iroda képviselőit is. Az esetek alapos elemzését követően a munkacsoport arra a következtetésre jutott, hogy a májusi, a vártnál nagyobb becsapódás nemcsak energiáját tekintve volt „statisztikai értelemben ritka esemény”, hanem abból a szempontból is, hogy a becsapódó szemcse a távcső főtükrének különösen érzékeny területét találta el. A hasonló erejű, további becsapódások elkerülése érdekében a szakértők úgy döntöttek, hogy a jövőben az észlelések megtervezésénél figyelembe veszik a becsapódások várható irányát, és így próbálják elkerülni a nagyobb erejű becsapódásokat.

A JWST látóirányát a távcsőhöz rögzített koordináta-rendszerben +V1 jelöli, ennek megengedett helyzeteit a Nap iránya és a távcső geometriája határozza meg. A rajzon a Nap sugárzása jobbról érkezik, ez definiálja az árnyékoló jobb oldalán a JWST meleg oldalát, annak bal oldalán pedig a hideg oldalt. A +V1 látóirány a Naphoz képest a 85°–135° tartományon belül lehet, a Nap iránya kijelölte tengely körül elvben 360°-kal körbefordulhat, azonban ezt a körbefordíthatóságot korlátozza a következő rajzon látható MAZ. (Kép: JWST User Documentation)

Mint elmondták, a távcső mindenkori mozgási irányát tekintve „szemből” érkező szemcsék átlagos relatív sebessége kétszer, következésképp mozgási energiája négyszer nagyobb az ellenkező irányból érkezőknél, ezért ha sikerül elkerülni ezt a kritikus irányt, akkor akár évtizedekkel is meghosszabbítható a főtükör kiváló optikai teljesítőképességének időtartama. (Az L₂ Lagrange-pont környezetében dolgozó JWST a Föld Nap körüli keringésének mindenkori irányával párhuzamosan, és annak sebességénél valamivel gyorsabban kering a Nap körül. Ezt az irányt és környezetét igyekeznek elkerülni a jövőben. – B.E.) Ez nem jelenti azt, hogy bizonyos égboltterületeket teljes egészében kizárnának az észlelésekből, csak annyit, hogy az egyes területek észlelését az év bizonyos időszakában mellőzik, amennyire ezt a megfigyelni kívánt objektumok és jelenségek engedik. A munkacsoport kijelölte az úgynevezett „mikrometeoroid elkerülési zónát” (MAZ, Micrometeoroid Avoidance Zone), amit a tudományos észlelések második évének (Cycle-2) kezdetétől fognak a megfigyelések tervezésénél figyelembe venni. A MAZ leírását tartalmazó közleményben hangsúlyozzák, hogy a MAZ területén nem lesz tilos az észlelés, de azt minimálisra kell szorítani, ami az észlelési javaslatokat benyújtó kutatók felelőssége. Ha a tudományos célok elérése érdekében szükséges, akkor a javaslatot benyújtók kérhetik az MAZ területére eső észlelést, és kellően indokolt esetben az STScI méltányolja a kérést. Mindamellett nyomatékosan kérik az észlelőket, hogy tegyenek meg minden lehetséges erőfeszítést az ilyen helyzetek elkerülése érdekében.

A mikrometeoroid elkerülési zóna (MAZ, Micrometeoroid Avoidance Zone) a piros körrel határolt, rózsaszín terület. A lap síkjából kifelé mutató „Ram vector” a távcső térbeli (Nap körüli) mozgásának iránya. A MAZ alkalmazása tovább szűkíti az észlelések számára rendelkezésre álló égboltterületet (FOR), viszont a szakemberek reményei szerint ennek köszönhetően hosszabb ideig megőrizhető a tükör optikai minősége. (Kép: JWST User Documentation)

Kapcsolódó cikkek:
Munkában a James Webb-űrtávcső
Tükröm, tükröm...
JWST: minden kinyílt

Kapcsolódó linkek:
Megpróbálják csökkenteni a JWST tükrét érő mikrometeoroid-becsapódások valószínűségét (NASA)
Webb: Engineered to Endure Micrometeoroid Impacts (NASA JWST blog)
A JWST 2. kutatási felhívása (STScI)
JWST Micrometeoroid Avoidance Zone
Space Telescope Science Institute (STScI)