Mikrometeorit

Ein Mikrometeorit ist ein winziger Meteoroid : ein kleines Gesteinsteilchen im Weltraum, das üblicherweise weniger als ein Gramm wiegt . Ein Mikrometeorit ist ein solches Teilchen, das den Durchgang durch die Erdatmosphäre übersteht und die Erdoberfläche erreicht.

Der Begriff „Mikrometeoroid“ wurde 2017 von der Internationalen Astronomischen Union (IAU) , dem wichtigsten internationalen Verband von Astronomen, offiziell als redundant zu „Meteoroid“ abgeschafft. ^{[ 1 ]} In der Raumfahrttechnik wird er weiterhin verwendet, um kleine, schwer zu entdeckende Objekte zu bezeichnen, die Raumfahrzeuge treffen und beschädigen können. ^{[ 2 ]}

Mikrometeoriten sind winzige Gesteins- oder Metallfragmente, die von größeren Gesteinsbrocken und Trümmern abgebrochen sind und oft aus der Entstehungszeit des Sonnensystems stammen . Sie sind im Weltraum extrem häufig. Diese winzigen Partikel tragen maßgeblich zur Weltraumverwitterung bei . Beim Auftreffen auf die Oberfläche des Mondes oder anderer luftleerer Himmelskörper ( wie Merkur oder Asteroiden ) führt das Schmelzen und Verdampfen zu einer Verdunkelung und anderen optischen Veränderungen des Regoliths .

Mikrometeoriten haben aufgrund ihres größeren Oberflächen - Masse - Verhältnisses weniger stabile Umlaufbahnen als Meteoriten . Auf die Erde fallende Mikrometeoriten liefern Informationen über Erwärmungsereignisse im Millimeterbereich im Sonnensystem . Meteoriten und Mikrometeoriten (wie sie nach ihrem Auftreffen auf die Erdoberfläche genannt werden) können nur in Gebieten ohne terrestrische Sedimentation , typischerweise in den Polarregionen, gesammelt werden. Dazu wird Eis gesammelt, geschmolzen und gefiltert, um die Mikrometeoriten unter dem Mikroskop zu extrahieren.

Ausreichend kleine Mikrometeoriten erhitzen sich beim Eintritt in die Erdatmosphäre nicht wesentlich . [ ^{3 ] Die} Sammlung solcher Partikel durch hochfliegende Flugzeuge begann in den 1970er Jahren, ^{[ 4 ]} seitdem sind diese in der Stratosphäre gesammelten Proben von interplanetarem Staub ( vor der Bestätigung ihres extraterrestrischen Ursprungs als Brownlee-Partikel bezeichnet ) zu einem wichtigen Bestandteil des extraterrestrischen Materials geworden , das in Laboren auf der Erde untersucht werden kann.

Im Jahr 1946 sammelte Helmut Landsberg während des Giacobiniden- Meteorstroms mehrere kleine magnetische Partikel, die offenbar mit diesem Strom in Verbindung standen. ^{[ 5 ]} Fred Whipple war davon fasziniert und verfasste eine Arbeit, in der er nachwies, dass Partikel dieser Größe zu klein sind, um ihre Geschwindigkeit beim Eintritt in die obere Atmosphäre beizubehalten . Stattdessen werden sie schnell abgebremst und fallen dann ungeschmolzen zur Erde. Um diese Objekte zu klassifizieren, prägte er den Begriff „ Mikrometeorit “. ^{[ 6 ]}

Whipple leitete in Zusammenarbeit mit Fletcher Watson von der Harvard-Sternwarte den Bau einer Sternwarte, um die Geschwindigkeit der sichtbaren Meteore direkt zu messen. Damals war die Herkunft der Mikrometeoriten unbekannt. Mithilfe direkter Messungen an der neuen Sternwarte konnte die Quelle der Meteore lokalisiert werden. Dabei zeigte sich, dass der Großteil des Materials aus Kometenschweifen stammte und kein extrasolarer Ursprung nachgewiesen werden konnte. ^{[ 7 ]} Heute weiß man, dass Meteoroiden aller Art Überreste aus der Entstehungszeit des Sonnensystems sind und aus Partikeln der interplanetaren Staubwolke oder anderen Objekten bestehen, die aus diesem Material zusammengesetzt sind, wie beispielsweise Kometen. ^{[ 8 ]}

Die frühen Studien basierten ausschließlich auf optischen Messungen. 1957 führte Hans Pettersson eine der ersten direkten Messungen des auf die Erde niedergehenden Weltraumstaubs durch und schätzte ihn auf 14.300.000 Tonnen pro Jahr. ^{[ 9 ]} Dies deutete darauf hin, dass der Meteoroidenfluss im Weltraum deutlich höher war als die anhand von Teleskopbeobachtungen ermittelten Werte. Ein solch hoher Fluss stellte ein sehr ernstes Risiko für die hochfliegenden Apollo - Kapseln und für Mondmissionen dar. Um die Genauigkeit der direkten Messung zu überprüfen, folgten zahlreiche weitere Studien, darunter das Pegasus-Satellitenprogramm , Lunar Orbiter 1 , Luna 3 , Mars 1 und Pioneer 5. Diese zeigten, dass die Rate der in die Atmosphäre eintretenden Meteore, der sogenannte Fluss, mit den optischen Messungen übereinstimmte und bei etwa 10.000 bis 20.000 Tonnen pro Jahr lag. ^{[ 10 ]} Das Surveyor-Programm stellte fest, dass die Mondoberfläche relativ felsig ist. ^{[ 11 ]} Die meisten im Rahmen des Apollo-Programms zurückgebrachten Mondproben weisen auf ihrer Oberfläche Spuren von Mikrometeoriteneinschlägen auf, die typischerweise als „Zap Pits“ bezeichnet werden. ^{[ 12 ]}

Mikrometeoriten stellen eine erhebliche Bedrohung für die Weltraumforschung dar . Ihre durchschnittliche Geschwindigkeit relativ zu einem Raumfahrzeug im Orbit beträgt 10 Kilometer pro Sekunde (22.500 mph). Die Widerstandsfähigkeit gegen Mikrometeoriteneinschläge ist eine bedeutende Herausforderung für die Konstruktion von Raumfahrzeugen und Raumanzügen ( siehe Thermische Mikrometeoriten-Schutzkleidung ). Obwohl die geringe Größe der meisten Mikrometeoriten den Schaden begrenzt, führen die Einschläge mit hoher Geschwindigkeit zu einer ständigen Beschädigung der Außenhülle von Raumfahrzeugen, vergleichbar mit Sandstrahlen . Langfristige Einwirkung kann die Funktionsfähigkeit der Raumfahrzeugsysteme gefährden. ^{[ 13 ]}

Der Aufprall kleiner Objekte mit extrem hoher Geschwindigkeit (10 Kilometer pro Sekunde) ist ein aktuelles Forschungsgebiet der Endballistik (obwohl die Beschleunigung von Objekten auf solche Geschwindigkeiten schwierig ist; gängige Techniken umfassen Linearmotoren und Hohlladungen ). Das Risiko ist besonders hoch für Objekte, die sich lange im Weltraum aufhalten, wie beispielsweise Satelliten . ^{[ 13 ]} Sie stellen auch große technische Herausforderungen für theoretische, kostengünstige Hebesysteme wie Rotationsrotoren , Weltraumaufzüge und Orbitalluftschiffe dar. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

Whipples Arbeit entstand vor dem Weltraumwettlauf und erwies sich als nützlich, als die Weltraumforschung nur wenige Jahre später begann. Seine Studien hatten gezeigt, dass die Wahrscheinlichkeit, von einem Meteoroiden getroffen zu werden, der groß genug ist, um ein Raumschiff zu zerstören, extrem gering ist. Ein Raumschiff würde jedoch fast ständig von Mikrometeoriten getroffen, die etwa die Größe von Staubkörnern haben. ^{[ 7 ]}

Whipple hatte bereits 1946 eine Lösung für dieses Problem entwickelt. Ursprünglich als „Meteorschutzschild“ bekannt und heute als Whipple-Schild bezeichnet , besteht dieser aus einer dünnen Folie, die in geringem Abstand zum Raumschiffkörper angebracht ist. Trifft ein Mikrometeorit auf die Folie, verdampft er zu einem sich rasch ausbreitenden Plasma. Bis dieses Plasma den Spalt zwischen Schild und Raumschiff überbrückt, ist es so stark gestreut, dass es das darunterliegende Strukturmaterial nicht durchdringen kann. ^{[ 16 ]} Der Schild ermöglicht es, den Raumschiffkörper mit der für die strukturelle Integrität erforderlichen Dicke zu bauen, wobei die Folie nur geringfügig zusätzliches Gewicht hinzufügt. Ein solches Raumschiff ist leichter als eines mit Paneelen, die Meteoroiden direkt abfangen sollen.

Für Raumfahrzeuge, die den Großteil ihrer Zeit im Orbit verbringen, ist eine Variante des Whipple-Schildes seit Jahrzehnten nahezu Standard. ^{[ 17 ] [ 18 ]} Spätere Forschungen zeigten, dass Schilde aus Keramikfasern einen besseren Schutz vor Hypergeschwindigkeitspartikeln (~7 km/s) bieten als Aluminiumschilde gleichen Gewichts. ^{[ 19 ]} Ein weiteres modernes Design verwendet mehrlagiges, flexibles Gewebe , wie beispielsweise im Entwurf der NASA für ihr nie zum Einsatz gekommenes, ausfahrbares Weltraumwohnmodul TransHab ^{[ 20 ]} und im Bigelow Expandable Activity Module , das im April 2016 gestartet und für zwei Jahre orbitaler Tests an die ISS angedockt wurde. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

• Außerirdische Materialien
• Interplanetare Staubwolke

• Der Artikel „Geschmolzene Krümel vom Asteroiden Vesta“ über in der Antarktis gesammelte Mikrometeoriten erschien in der Fachzeitschrift „Planetary Science Research Discoveries“.