Sind die Spiegel des James-Webb-Weltraumteleskops nicht zu ungeschützt?

Nein. Nicht zu ungeschützt, wie Sie sagen. Es gibt mehrere Missverständnisse, die ich häufig über den JWST finde und die angesprochen werden müssen:

JWST-Hauptspiegelelemente bestehen nicht aus Glas und zersplittern nicht beim Aufprall

Seine primären sechseckigen Spiegelelemente bestehen aus zu Blöcken gepresstem Berylliumpulver , das später in zwei Hälften geschnitten wurde, um zwei Spiegelrohlinge zu erstellen, und von denen der größte Teil ihrer Rückseite weggeschnitten wurde, wodurch verstärkende Rippenstrukturen und dünne und leichte vordere Spiegeloberflächen zurückblieben. Diese Frontflächen wurden später bei JWST-Betriebstemperatur (-400 °F, -240 °C) präzise nach ihren Spezifikationen geformt und auf Hochglanz poliert. Beryllium wurde aufgrund seiner Leichtigkeit, Festigkeit und Fähigkeit, die Form bei den erwähnten kryogenen Temperaturen beizubehalten, speziell ausgewählt. Lesen Sie mehr über diesen Prozess auf JWST - The Primary Mirror (einschließlich Bilder und Videos).

Unwahrscheinliche Einschläge mit Mikrometeoriten (siehe unten) würden zu Einschusslöchern führen , nicht zu Brüchen und zerbrochenen Spiegeloberflächen, und diese Einstiche können während des Spiegelkalibrierungsmodus festgestellt und mit der Bildnachbearbeitung korrigiert werden. Kein großer Spiegel ist während seiner gesamten Lebensdauer frei von kleinen Defekten, und Astronomen sind daran gewöhnt, damit umzugehen. Wichtig ist, dass die Primärspiegel ihre Form beibehalten, zusammen mit dem Sekundärspiegel den Fokus beibehalten und der größte Teil ihrer gemeinsamen Oberfläche das Endbild nicht zu sehr mit solchen Unvollkommenheiten verzerrt. Kleinere Problembereiche können in der Software korrigiert oder anderweitig in der Hardware angepasst werden.

Der Halo-Orbit des JWST-Ziels um den Sonne-Erde-Lagrange-Punkt 2 ist nicht mit Trümmern übersät

Sonne-Erde- Lagrange-Punkt 2 oder kurz SEL2, der Punkt, um den JWST in einem Halo-Orbitalregime seine Position halten wird(seine eigene Orbitalebene um SEL2 ist senkrecht zur Sonne-Erde-Ebene), ist einer der gravitativ am wenigsten attraktiven Punkte im erdnahen Raum, etwa 1,5 Millionen km weiter von der Sonne entfernt als die Erde und mit der gleichen Umlaufbahn Zeitraum wie die Erde selbst. Stellen Sie sich diesen Punkt entweder als die Spitze eines Hügels oder vielleicht noch besser (da es nicht wirklich ein "Hügel" an sich ist, der eine negative Gravitationsanziehung oder einen Antigravitationspunkt erfordern würde) als eine nahezu flache Oberfläche mit zunehmender Steilheit vor Neigung zu seinen massiven Mutterkörpern, in unserem Fall der Sonne und der Erde. In einer anderen Analogie, wo ist der sicherste Ort, um zu stehen, wenn Sie Gefahr laufen, von einer Lawine erfasst zu werden? Natürlich auf der flachen Spitze eines ansonsten steilen Hügels.

Das ist ganz anders als im LEO (Low Earth Orbit), wo sich die Internationale Raumstation (ISS) befindet, um die Erde zu kreisen;

• Erstens ziehen enge Erdumlaufbahnen viel mehr interplanetaren Staub an, der je nach Flugbahn und Relativgeschwindigkeit vorübergehend durch Gravitation in seiner Umlaufbahn eingefangen werden kann oder zumindest enge Erdumlaufbahnen schneidet. Ich erkläre dies etwas ausführlicher in Teleskop am Lagrange-Punkt parken: Ist das eine gute Idee aus Trümmersicht? .

• Zweitens ist SEL2 instabil und erfordert eine ständige Positionshaltung (obwohl dies aufgrund der "Ebenheit" des dortigen Raums relativ billig in Bezug auf das erforderliche Delta-V ist). Daher würden orbitale Trümmer von künstlichen Objekten nicht lange dort bleiben und schnell von der Region wegziehen (fallen). Sie hätten auch eine langsame Relativgeschwindigkeit, da es um Lagrange-Punkte keine "rückläufige Umlaufbahn" gibt.

• Und schließlich wird JWST nicht das erste von Menschenhand geschaffene Objekt sein, das durch die Region navigiert ist. Andere Weltraumobservatorien hielten zuvor ihre Position bei SEL2, wie z. B. Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), Herschel Space Observatory , Planck Space Observatory , es wird derzeit von ESAs Gaia in einem Lissajous-Orbitalregime besetzt , und zukünftige Missionen umfassen (zusätzlich zu JWST), Euclid der ESA und das Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) der NASA.

JWST ist Kollisionen mit Trümmern und Mikrometeoriten nicht schutzlos ausgeliefert

Trotz alledem sind Kollisionen mit Objekten auf dem Weg durch die SEL2-Region nicht ausgeschlossen, daher gibt es einige Verteidigungsmechanismen, die JWST und seinen Spiegeln zur Verfügung stehen werden;

• Das offensichtlichste ist, dass es einen großen, mehrschichtigen Sonnenschutz einsetzen wird, der, wie der Name schon sagt, auf die Sonne gerichtet bleibt. Das Heck des Fahrzeugs wird jedoch nicht nur aus diesen ausfahrbaren segelartigen Sonnenblenden bestehen, sondern auch robustere Strukturen beherbergen, wie das Kommunikationssubsystem, das Navigationssubsystem und die Motoren des Observatoriums und so weiter. Alle sollen die Spiegel vor etwa der Hälfte der Aufprallvektoren schützen, während sie in die andere Richtung zeigen.

• Die Halo-Umlaufbahn ist, wie erwähnt, um etwa 90° zur Sonne-Erde-Ebene geneigt, was bedeutet, dass der JWST die Ebene, in der der meist vorübergehende heliozentrische Staub in dieser Umlaufbahnhöhe umkreisen würde, nur zweimal während jeder seiner großen 800.000 km passieren würde ( Umlaufbahn mit einem Radius von 500.000 Meilen und nur für relativ kurze Dauer. Jeder dieser heliozentrischen interplanetaren Staub, der SEL2 durchquert, hätte auch eine geringe Relativgeschwindigkeit zum Observatorium. Die Radialgeschwindigkeit von SEL2 beträgt ungefähr 30,08 km/s ($v_o \approx {2 \pi a \over T}$), während die Umlaufgeschwindigkeit auf der Erde + 1,5 Millionen km heliozentrische Höhe etwa 29,64 km/s beträgt ($v_o \approx \sqrt{\frac{GM}{r}}$). Wir sprechen also theoretisch von einer Aufprallgeschwindigkeit im Bereich von 440-445 m/s oder etwa der 1,5-fachen Schallgeschwindigkeit auf der Erde auf Meereshöhe. In Bezug auf mögliche relative Geschwindigkeiten von künstlichen Trümmern in LEO ist dies ein um etwa 99,9 % kleineres kinetisches Potenzial ($E_\text{k} =\tfrac{1}{2} mv^2$) pro derselben Trümmermasse wie in LEO, wobei rückläufige Trümmer mit bis zu 15,4 km/s auf prograde Satelliten auftreffen (z. B. ISS umkreist etwa 7,7 km/s oder 4,8 mi/s).

• Größere erdnahe Objekte (NEO) werden natürlich weiterhin von erdbasierten und im Orbit befindlichen Observatorien verfolgt, und natürlich kann JWST selbst die dunkelsten Oberflächen-NEO erkennen, die im visuellen Spektrum schwer zu erkennen sind (wenn auch das wird nicht seine Mission sein, die meisten neuen NEO-Erkennungen sind immer noch zufällig), da es Beobachtungen im Infrarotbereich durchführen wird und die abgestrahlte und reflektierte Wärmesignatur dieser Objekte erkennen kann. Falls eine Kollision mit einem größeren Objekt vorhergesagt würde und die Flugbahn dieses Objekts gut etabliert wäre, könnte JWST bei Bedarf Kollisionsvermeidungsmanöver mit seinen eigenen Triebwerken durchführen.

Und JWST stehen weitere Risikomanagementoptionen zur Verfügung, darunter die Vorbereitung einer Konjunktionsanalyse für potenzielle Kollisionen mit anderen Satelliten, die in SEL2 die Position halten oder ihn kreuzen (wird nicht viele sein, aber es wird noch getan, keine Frage), und seine Planung Positionshaltung und Lagemanöver, um Gefahren zu vermeiden und seine empfindlichsten Teile vor Trümmern, interplanetarem Staub, Mikrometeoriten, solaren und kosmischen Ereignissen und anderen erkannten Bedrohungen zu schützen, wann, wo und wie erforderlich. Aber im Allgemeinen ist SEL2 ein relativ sicherer Ort, der mit erdnahen Umlaufbahnen verglichen werden kann, was Orbitaltrümmer und Mikrometeoriteneinschläge betrifft, wie Sie Ihrer Frage entnehmen.