Содержание
Где начинается космическое пространство? | Познание
Недавно Ричард Брэнсон, а вскоре после него и Джефф Безос вместе со своими экипажами полетели в космос. Но что это на самом деле означает? Что значит, они совершали суборбитальные полеты, а не орбитальные? Разве можно их подвиг сравнивать с полетами, например, космонавтов, путешествующих на шаттле, или первого в космосе Юрия Гагарина?
Случай не очевидный
Во-первых, нет четкого определения того, где начинается космическое пространство. Разные страны (и даже компании) используют разные определения. Военные США, Федеральное управление гражданской авиации и НАСА отмечают границу космоса на высоте 80 км над землей. Международная авиационная федерация (FAI), орган международного авиационного регистра, определяет границу космического пространства на высоте 100 км.
Эксперты предполагают, что фактическая граница между Землей и космосом лежит на высоте всего от 30 км над поверхностью до целых 1,6 млн км.
Разница настолько велика из-за разных критериев оценки и потребностей, для которых предполагаются такие расстояния. Международная космическая станция находится в космосе. Однако это другой «космос», чем тот, в котором, например, движутся спутники на более высоких орбитах. Частота появления одиночных (хотя и значительных, потому что они все же противостоят, например, спутникам) частиц воздуха различны. Различны также температура и сила взаимодействия частиц, посылаемых в космос Солнцем (так называемый «солнечный ветер»). Космическая станция, которая вращается вокруг Земли на высоте 400 км, должна, например, время от времени запускать свои микродвигатели, чтобы не допустить постепенного входа в атмосферу Земли и падения на ее поверхность.
Спутники на высоких геостационарных орбитах (что означает, что они всегда находятся над одной и той же точкой на Земле) на высоте 35,786 км больше этого делать не должны, т.е. в связи с тем, что на своем пути они не встречают практически никаких, даже единичных молекул газов из земной атмосферы, которые тормозили бы их и тем самым приводили к потере высоты.
Линия Кармана
Где же тогда граница космического пространства? Она проходит на высоте 100 км над уровнем моря и известна как линия Кармана. Он примерно определяет высоту, на которой традиционные самолеты уже не могут эффективно летать. Все, что движется выше линии Кармана, требует движения, которое не зависит от подъемной силы, создаваемой земной атмосферой — на таких больших высотах воздух просто слишком разрежен. Другими словами, линия Кармана — это место, где меняются физические законы, регулирующие летные характеристики. Организация Объединенных Наций исторически признавала линию Кармана границей космического пространства. И хотя правительство США неохотно соглашается именно на эту сумму (по его словам,
На самом деле не существует конкретной физической границы между атмосферой Земли и космическим пространством. Атмосфера становится все тоньше и тоньше, вплоть до нескольких молекул газа на кубический метр и меньше. Определение космической границы открыто для интерпретации.
Однако это важно для юридических и нормативных целей как для самолетов, так и для космических аппаратов. Линия Кармана была названа в честь Теодора фон Кармана, венгра по происхождению, а после эмиграции американского инженера и физика, работавшего в области аэронавтики и космонавтики.
Однако оба вышеупомянутых полета вышли за пределы космического пространства, понимаемого по разным критериям. Virgin Galactic, которая достигла высоты всего 85 км, находилась в космосе только по американскому определению (несмотря на это, пассажиры на борту были невесомы, поэтому трудно отрицать факт их пребывания в открытом космосе). Отсюда иногда употребляемый термин о том, что Ричард Брэнсон достиг «края космоса». Blue Origin Джеффа Безоса взлетел на высоту 107 км, так что в данном случае дело бесспорное.
Суборбитальные полеты
Их полеты, однако, были короткими, т.е. корабли Брэнсона и Безоса «выпрыгивали» из земной атмосферы, как рыбы из воды, и быстро возвращались в нее после непродолжительного полета.
Это значит, что это были «суборбитальные» полеты. Таковы были, например, первые космические полеты американцев. Ни Virgin Galactic, ни Blue Origin не вышли на орбиту и орбиту Земли, поэтому, несмотря на то, что оба корабля оказались в космосе, можно сказать, что они «не вышли на орбиту». Юрий Гагарин, путешествуя на борту космического корабля «Восток-1», достиг высоты 327 км над уровнем моря и ровно один раз облетел Землю (то есть находился на орбите). Орбиты шаттлов, в свою очередь, составляли от 304 до 528 км в зависимости от потребностей.
Поделиться в социальных сетях
Вам может понравиться
Ученые рассказали, где заканчивается Земля и начинается космос
Как отмечают ученые, место, где заканчивается и начинается каждый слой атмосферы, определяется четырьмя ключевыми характеристиками: изменением температуры, химическим составом, плотностью и движением газов.
Related video
Когда альпинисты поднимаются на Эверест, они обычно берут с собой кислородные баллоны.
Они нужны, потому что чем ближе вы подходите к краю земной атмосферы, тем меньше кислорода там доступно, пишет Live Science.
Это всего лишь один пример того, насколько изменчива атмосфера Земли. Этот пример также демонстрирует элементный состав ее слоев, от тропосферы, вблизи уровня моря, до экзосферы, в ее самых отдаленных областях.
По данным Национальной метеорологической службы место, где заканчивается и начинается каждый слой земной атмосферы, определяется четырьмя ключевыми характеристиками: изменением температуры, химическим составом, плотностью и движением газов.
По данным NASA, каждый из слоев атмосферы играет свою роль в защите всех видов жизни на Земле, например, блокирует смертельно опасное космическое излучение.
По мере удаления от Земли атмосфера становится менее плотной. Также меняется и ее состав. Более легкие атомы и молекулы начинают преобладать, в то время как тяжелые молекулы остаются ближе к поверхности Земли.
Как отмечает физик Катрина Боссерт из Университета штата Аризона, когда вы поднимаетесь в атмосферу, давление или вес атмосферы над вами быстро ослабевает.
Несмотря на то, что пассажирские самолеты имеют герметичные салоны, быстрые изменения высоты могут повлиять на тонкую евстахиеву трубу у пассажиров, соединяющую ухо с носом и горлом. Вот почему у людей закладывает уши во время взлета. В конце концов, воздух становится слишком разреженным, чтобы обычные самолеты вообще могли летать. К тому же, такие летательные аппараты не могут создавать достаточную подъемную силу.
Область, которую ученые определили как конец атмосферы и начало космоса называется линия Кармана, названная в честь Теодора фон Кармана, американского физика венгерского происхождения, который в 1957 году стал первым человеком, который попытался определить границу между Землей и космическим пространством.
Атмосфера Земли делится всего на 5 слоев: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера
Эта линия, учитывая, что она отмечает границу между Землей и космосом, не только указывает, где находятся пределы возможностей самолетов.
Она также имеет решающее значение для ученых и инженеров при выяснении того, как удерживать космические корабли и спутники на орбите вокруг Земли.
Линия Кармана — это примерная область, обозначающая высоту, выше которой спутники смогут вращаться вокруг Земли, не сгорая и не падая с орбиты, прежде чем совершит оборот вокруг Земли хотя бы один раз. Линия Кармана находится на высоте 100 км над уровнем моря.
Различные факторы, такие как размер и форма спутника, играют роль в определении того, какое сопротивление воздуха он будет испытывать и, следовательно, его способность успешно вращаться вокруг Земли.
Обычно спутники, находящиеся на низкой околоземной орбите через несколько лет падают с орбиты из-за торможения верхних слоев атмосферы Земли, постепенно замедляющих орбитальную скорость. Низкая околоземная орбита — классификация, которая, как правило, присваивается спутникам на высоте менее 2000 км, но иногда на высоте до 160 км над Землей.
Однако это не означает, что атмосферу Земли невозможно обнаружить за пределами 1000 км.
«Атмосфера не может просто так взять и исчезнуть, как только вы попадете в область, где вращаются спутники. До того, как признаки земной атмосферы исчезнут, пройдут тысячи и тысячи километров. Самые внешние атомы земной атмосферы, атомы водорода, из которых состоит ее геокорона (самая удаленная область атмосферы), могут простираться даже за пределы Луны», — заключили ученые.
Где начинается космос? | MIT Technology Review
Не совсем последний рубеж
By
- Страница архива Константина Кака
26 июня 2019 г.
Изображение Земли из космосаNASA
нечеткий. Подобно тому, как граница между морем и сушей смещается из-за приливов и волн, толщина атмосферы меняется день ото дня.
Существуют физические и технологические ограничения. Если вы поднимаетесь вверх, воздух становится разреженнее и давление падает. Если бы вы приблизились к высоте 20 километров (12 миль) без давления, кровь в ваших легких закипела бы.
Это примерно в два раза больше высоты, на которой летают коммерческие авиалайнеры, хотя самые совершенные самолеты летают почти в два раза выше, а воздушные шары достигают высоты более 50 километров.
В конце концов, как и в случае с границами на Земле, их могут определять природные особенности, но их определяют политические решения. Нации заявляют о суверенитете над своим воздушным пространством — нежелательные полеты над территорией другой страны нарушают международное право. Но с тех пор, как Спутник впервые пролетел над Соединенными Штатами и не был сбит, широко признано, что суверенитет не распространяется на космос.
Возвращаясь к советским временам, Россия (и другие) выступали в ООН за четкую границу: 100 км над средним уровнем моря, 110 км — куда хотите, говорили они, лишь бы был достигнут однозначный консенсус. США долгое время блокировали эти усилия, поскольку правительство США считает, что стратегическая неопределенность желательна для таких вещей, как высотные разведывательные полеты или гиперзвуковые ракеты.
С 1960-х годов ВВС США давали крылья астронавтам всем, кто пролетает на высоте более 50 миль (неудобные 80,4672 км в метрических единицах). Федеральное авиационное управление Америки награждает пилотов коммерческих астронавтов частными пилотами, которые превышают эту высоту, которую теперь также признает НАСА. Однако Всемирная федерация воздушного спорта, которая удостоверяет мировые рекорды по полетам на большой высоте, устанавливает границу на уровне 100 км (62,1371 мили). Для таких компаний, как Virgin Galactic и Blue Origin, которые планируют возить туристов в лиминальную зону на короткое время, то, как проводится эта линия, возможно, имеет решающее экономическое значение: кто захочет платить сотни тысяч долларов 9?0017 почти попасть в космос?
Константин Какаес
Космический выпуск
Этот материал был частью нашего выпуска за июль/август 2019 года.
Узнать больше
Продолжить чтение
Самые популярные
Как подружиться с вороной
Я наблюдал за стаей ворон в TikTok и теперь пытаюсь связаться с некоторыми местными птицами.
Оставайтесь на связи
Иллюстрация Роуз Вонг
Узнайте о специальных предложениях, главных новостях,
предстоящие события и многое другое.
Введите адрес электронной почты
Политика конфиденциальности
Спасибо за отправку вашего электронного письма!
Ознакомьтесь с другими информационными бюллетенями
Похоже, что-то пошло не так.
У нас возникли проблемы с сохранением ваших настроек.
Попробуйте обновить эту страницу и обновить их один раз
больше времени. Если вы продолжаете получать это сообщение,
свяжитесь с нами по адресу
[email protected] со списком информационных бюллетеней, которые вы хотели бы получать.
Где начинается космос?
Где край космоса? То, что кажется простым вопросом, имеет ответ в большем количестве слоев, чем атмосфера Земли. Вы можете ожидать, что космос начинается там, где заканчивается атмосфера, и это может быть правдой.
Но, как оказалось, никто не может точно сказать, где находится эта точка. И большинство ученых смотрят гораздо ближе к дому, помещая край космоса в пределы атмосферы.
Наиболее широко принятое определение «края космоса» — это 100 километров над поверхностью Земли (приблизительно 62 мили, хотя число часто округляется до 60). Эта высота известна как линия Кармана, названная в честь венгерского физика и инженера Теодора фон Кармана, который определил, что воздухоплавание больше не будет работать на этой высоте. То есть, как объясняет Пол Ньюман, главный научный сотрудник Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, «линия Кармана определяется как высота, на которой вы не можете летать достаточно быстро, чтобы создать подъемную силу для самолета». Помимо аэронавтики, выше и ниже линии Кармана есть еще одно различие. «На глубине ниже 100 километров газы хорошо перемешиваются турбулентными движениями. Следовательно, азот составляет около 78%, а кислород — около 21%», — объясняет Ньюман.
«Выше 100 километров газы начинают диффузионно разделяться из-за гравитации. Мы называем эту высоту разделения гомопаузой, поскольку все, что находится ниже, однородно перемешано».
Эта высота в 100 км / 62 мили официально признана Международной авиационной федерацией (FAI), международным руководящим органом воздушного спорта, который охватывает все, от полетов на воздушном шаре до полетов человека в космос. «Похоже, что коммерческая космическая отрасль также использует это в качестве цели для своих туристических полетов», — отмечает доктор Терри Д. Освальт, заведующий кафедрой физических наук Авиационного университета Эмбри-Риддла. Например, Blue Origin Джеффа Безоса недавно запустила испытание своей капсулы New Shepard на расстояние 65,8 миль, а Virgin Galactic сэра Ричарда Брэнсона обещает доставить своих гостей на борт SpaceShipTwo на расстояние более 62 миль.
Хотя линия Кармана может быть ближе всего к официальному международному обозначению начала космоса, она ни в коем случае не является стандартом для всех.
«Интересно, что США подписали соглашение FAI, устанавливающее 100 километров в качестве определения того, где начинается космос, но оно по-прежнему присуждает статус «астронавта» любому, кто пролетает выше 80 километров или 50 миль — высоты, где начинается термосфера и начинается температура. подниматься с высотой», — говорит Освальт. Этот статус «астронавта» распространяется как на сотрудников НАСА, так и на военнослужащих, достигших такой высоты.
Есть еще одно определение, которое было установлено в 2009 году. Ссылаясь на данные своего сверхтеплового ионного тепловизора, исследователи из Университета Калгари определили новую границу космоса: они утверждают, что 73,3 мили (118 километров) — более точная отметка, так как ниже этой линии ионы движутся более спокойно, а выше нее — бешено, что означает различие между атмосферой и космосом. Но интересно отметить, что 73,3 мили далеко не технические внешние пределы земной атмосферы, которая состоит из пяти различных слоев — тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы и экзосферы, простирающихся примерно на 497 миль над планетой.
На самом деле у ученых нет даже четкого определения, где заканчивается атмосфера. Он становится все тоньше и тоньше, пока не исчезнет.
Еще есть Международная космическая станция (МКС), которая, по мнению большинства, точно находится в космосе. Он вращается на высоте примерно 248,5 миль (400 километров), что значительно выше линии Кармана и отметки Университета Калгари. Если астронавты испытывают здесь микрогравитацию, вы можете подумать, что это определенно означает, что 248,5 миль — это безопасная ставка для того, чтобы находиться над краем космоса, верно? Ну, не совсем. Станция, которая находится в термосфере, находится в постоянном свободном падении к Земле и все еще находится под влиянием гравитации и атмосферы нашей планеты. МКС замедляется, когда проходит через (очень разреженный) воздух, и требует регулярных разгонов, чтобы поддерживать высоту.
Астронавты внутри МКС также все еще испытывают гравитацию. Их невесомость похожа на ощущения пассажиров параболического полета, когда пилоты маневрируют самолетом по гигантской дуге.