Een kleine ruimterots heeft bewezen een groot effect te hebben op NASA’s nieuw operationele deep-space-telescoop.
Een micrometeoroïde sloeg tussen 22 en 24 mei in op de James Webb Space Telescope en trof een van de 18 zeshoekige gouden spiegels van het observatorium. NASA had gemeld dat het de micrometeoroïde in juni had geraakt en merkte op dat het puin groter was dan bij de pre-launch-modellering was uitgekomen. Nu hebben wetenschappers op de missie in een rapport een beeld gedeeld dat de ernst van de klap duidelijk maakt (opent in nieuw tabblad) vrijgegeven 12 juli waarin wordt beschreven wat wetenschappers van de missie hebben geleerd over het gebruik van het observatorium tijdens de eerste zes maanden in de ruimte.
Gelukkig was in dit geval het algehele effect op Webb klein. Dat gezegd hebbende, schetst het rapport het onderzoek en de modellering die ingenieurs ondernemen om de langetermijneffecten van micrometeroïden op Webb te beoordelen.
Live-updates: NASA’s James Webb Space Telescope-missie
Verwant: Hoe de James Webb-ruimtetelescoop werkt in foto’s
Op basis van het brandstofverbruik zou de telescoop 20 jaar in de ruimte moeten meegaan. Maar wetenschappers weten niet zeker hoeveel effect micrometeroïde-aanvallen zullen hebben op hun activiteiten, aldus de auteurs van het rapport.
Micrometeroïden zijn een bekend gevaar van ruimteoperaties, en het is geenszins nieuw voor wetenschappers om ze onder ogen te zien; Het internationale ruimtestation en de Hubble-ruimtetelescoop behoren tot de langlopende programma’s die ondanks incidentele ruimterotsaanvallen nog steeds operationeel zijn. De baan van Webb bij Lagrange Point 2, ongeveer 1 miljoen mijl (1,5 miljoen kilometer) verwijderd van de aarde, kan het risicoprofiel echter aanzienlijk veranderen.
Webb-ingenieurs ontdekten voor het eerst vervormingen op de primaire spiegel tijdens de inbedrijfstellingsperiode tijdens de uitlijningsfase (of golffrontdetectie), waardoor de 18 segmenten van de zeshoekige spiegel in de beste positie kwamen om licht te vangen.
Deze eerste zes stakingen voldeden aan de verwachtingen van vóór de lancering, aangezien ze met een snelheid van één keer per maand binnenkwamen, aldus het rapport. Bovendien zijn sommige van de resulterende vervormingen corrigeerbaar door spiegelheruitlijningen. Maar het is de omvang van een van deze zes aanvallen die meer zorgen baarde, merkte de krant op, omdat het een aanzienlijke smet veroorzaakte in een segment dat bekend staat als C3. De staking van eind mei “veroorzaakte een aanzienlijke niet-corrigeerbare verandering in het totale cijfer van dat segment”, aldus het rapport.
In dit geval is de algehele impact op de missie echter klein “omdat slechts een klein deel van het telescoopgebied werd aangetast.” Zeventien spiegelsegmenten blijven gaaf en ingenieurs waren in staat om de segmenten van Webb opnieuw uit te lijnen om het grootste deel van de schade te vergoeden.
Ingenieurs zijn nog steeds aan het modelleren hoe vaak dergelijke gebeurtenissen zullen plaatsvinden. “Het is nog niet duidelijk of de hit van mei 2022 in segment C3 een zeldzame gebeurtenis was”, schreef het team. Met ‘zeldzaam’ zeiden ze dat het mogelijk is dat ze toevallig een hoge energie-impact kregen die statistisch gezien slechts eens in de paar jaar zou moeten gebeuren.
Als alternatief kan het zijn dat Webb “gevoeliger is voor schade door micrometeoroïden dan pre-launch-modellering voorspeld”, schreef het team. Er wordt gewerkt aan modellering om de gevaarlijke populatie van micrometeoroïden in te schatten en om oplossingen te vinden, zoals het beperken van de richting van wijzen.
Een remedie zou kunnen zijn om de hoeveelheid tijd te minimaliseren die Webb rechtstreeks in zijn orbitale richting wijst, “die statistisch gezien hogere micrometeoroïde snelheden en energieën heeft”, schreef het team.
De prestaties van de hoofdspiegel worden beoordeeld aan de hand van de mate waarin het sterrenlicht vervormt, volgens het tijdschrift Astronomy (opent in nieuw tabblad), en gemeten met behulp van wat wetenschappers wavefront error root mean square noemen. Toen de missie van Webb begon, had het getroffen C3-segment een golffrontfout van 56 nanometer rms (root mean square), wat overeenkwam met de 17 andere spiegeldelen.
Na de impact nam de fout echter toe tot 258 nm rms, maar herschikkingen naar de spiegelsegmenten als geheel verminderden de algehele impact tot slechts 59 nm rms. Voorlopig schreef het team dat de uitlijning van Webb ruim binnen de prestatielimieten ligt, aangezien de opnieuw uitgelijnde spiegelsegmenten “ongeveer 5-10 nm rms boven de vorige beste rms-waarden van de golffrontfout liggen”.
Voorlopig houden ingenieurs mogelijke toekomstige stofgenererende gebeurtenissen in de gaten, zoals in 2023 en 2024, wanneer Webb naar verwachting door deeltjes zal vliegen die zijn achtergelaten door Hally’s Comet, volgens Nature (opent in nieuw tabblad).
NASA’s meteoroïde-omgevingskantoor in het Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, modelleert het impactrisico voor Webb in verband met Hally. NASA-functionarissen hebben tijdens recente media-briefings ook benadrukt dat de kwestie van micrometeroïden hun volledige aandacht heeft, voegde Nature eraan toe.
Volg Elizabeth Howell op Twitter @howwellspace (opent in nieuw tabblad). Volg ons op Twitter @Spacedotcom (opent in nieuw tabblad) en verder Facebook (opent in nieuw tabblad).