Kai erdvėlaivis sprogsta nuo Žemės paviršiaus, jis galiausiai išeina iš mūsų planetos oro erdvės ir patenka į kosmosą. Kur tiksliai yra ta riba, kyla diskusijų.
Daugelis ekspertų nurodo vadinamąją Kármán liniją kaip tą erdvės kraštą, kuri nustato ribą kaip aukštį, virš kurio įprasti orlaiviai negali skristi. Ši linija dažnai yra maždaug 62 mylių aukštyje virš mūsų planetos paviršiaus.
Šis skaičius turi daug praktinio panaudojimo, tačiau jo mokslinis tikslumas buvo suabejotas. Tikslios vertės priskyrimas erdvės kraštui nėra paprastas.
„Mokslo srityje mūsų nubrėžtos ribos gamtoje tiksliai neegzistuoja“, – sako Džonatanas McDowellas, Astrofizikos centro astrofizikas | Harvardas ir Smithsonianas. „Ten, kur egzistuoja riba, kai kurie kiekiai labai greitai keičiasi per trumpą atstumą… Ir tai tiesa šiame atmosferos pakraštyje. Tačiau tai, ką pasirinksite vadinti kosmosu, o ką – Žemę – tai žmogaus sprendimas, kurio mums neverčia fizika.
Sprendžiant, kur baigiasi Žemė ir kur prasideda kosmosas, reikia daugiau nei tai, ar keliautojai užsitarnauja astronauto sparnus, ar ne. Oro eismas paprastai reguliuojamas nacionaliniu lygiu, o šalys kontroliuoja oro erdvę virš savo žemės. Pavyzdžiui, skrendant per žemai, gali netyčia prasidėti tarptautinis konfliktas.
Tačiau „erdvė iš esmės yra pasaulinė“, sako McDowell. Kosmosui taikomos įvairios tarptautinės sutartys. Kadangi vis daugiau šalių paleidžia palydovus, o privačios kosminių skrydžių bendrovės kuria suborbitinio kosminio turizmo pramonę, vis svarbesnis tampa skirtumas tarp Žemės oro erdvės ir kosmoso.
Fizika už Kármán linijos
Kármán linija yra pagrįstas fizika, nes aprašoma, kaip Žemės atmosferos ypatybės skirtinguose aukščiuose veikia laivo gebėjimą skristi. Lėktuvai skrenda ore daugiausia dėl jų sparnų keliamo pakilimo, palyginti su Žemės atmosferos storiu. Tačiau kai mūsų atmosfera kyla aukštyje, ji plonėja. Tam tikru momentu oras yra per plonas tradiciniams orlaiviams, o bet kokiam lėktuvui, esančiam aukščiau šio aukščio, reikia, kad varomoji sistema, pavyzdžiui, raketa, liktų aukštyje. Tas skirtumas yra Kármán linija.
Linija pavadinta Theodore von Kármán, inžinieriaus ir fiziko, gimusio Vengrijoje 1881 m., vardu. Antrojo pasaulinio karo metais jis tapo žinomu raketų ekspertu ir įkūrė Jungtinių Valstijų reaktyvinio judėjimo laboratoriją. Jis laikomas pirmuoju, apskaičiavusiu aukštį virš jūros lygio, kurį viršijus laivas turėtų naudoti varomąją sistemą, kad galėtų skristi.
Von Kármán iš pradžių apskaičiavo, kad riba yra maždaug 50 mylių virš jūros lygio. Tačiau šiandien Kármán linija paprastai apibrėžiama kaip maždaug 62 mylių arba 100 kilometrų aukštis. Tiesą sakant, agentūra, kuri stebi standartus ir įrašus ore ir kosmose, Fédération Aéronautique Internationale, taip pat naudoja šį skaičių, kad nustatytų, kur prasideda kosmosas.
[Related: Where does outer space start?]
McDowell teigia, kad ribos negali būti tiksliai apibrėžtos dėl atmosferos kintamumo.
Tačiau McDowellas nebuvo toks tikras, kad taip yra. Taigi jis iš naujo patikrino Kármán linijos istorija ir skaičiavimai žurnale paskelbtame straipsnyje Acta Astronautica 2018 m. Jis nustatė, kad pradinis von Kármán skaičiavimas buvo tikslesnis, nei manyta anksčiau, o dešimtmečius tobulėjant atmosferos modeliams, kintamumas tikriausiai yra tik kelios mylios nuo pradinio 52 mylių skaičiavimo.
Ar Kármán linija yra vienintelis įmanomas erdvės kraštas?
Kai kurie mokslininkai pasiūlė kitas charakteristikas, kad būtų galima apibrėžti ribą tarp Žemės ir kosmoso, pavyzdžiui, mūsų planetos orbitos regioną, kuriame palydovas sugenda sugrįžęs, sako McDowell. „Tai vėlgi, pasirodo, yra 80–90 kilometrų“, – sako jis, myliomis skaičiuojant 50-aisiais.
Daugelis JAV agentūrų, įskaitant Federalinę aviacijos administraciją, paprastai taip pat naudoja 50 mylių ribą. FAA ir oro pajėgos iš tikrųjų suteikia astronautų sparnus tiems, kurie skrenda aukščiau 50 mylių. (Tačiau ne visi komercinio skrydžio keleiviai užsitarnaus sparnus, nes 2021 m. FAA pridėjo kriterijus, susijusius su keliautojo indėlis į komercinę kosmoso misiją.)
Tačiau NASA misijos valdymas laikosi kitokio požiūrio. Užuot sutelkusi dėmesį į aerodinaminį pakilimą, kosmoso agentūra apibrėžia sugrįžimo į Žemės oro erdvę iš kosmoso tašką kaip vietą, kurioje atmosferos pasipriešinimas tampa pastebimas, maždaug 76 mylios.
Yra ir kitų ribų, į kurias kai kurie gali atsižvelgti dėl erdvės krašto, teigia McDowell. Vienas iš jų yra Armstrongo riba, pavadinta ankstyvojo amerikiečių aviacijos medicinos gydytojo Harry G. Armstrong vardu. Tai yra aukštis, kuriame užverda žmogaus kraujas, jei nuo žemo atmosferos slėgio neapsaugo skafandras, maždaug 11–12 mylių. aukštyn.
„Galite žaisti įvairius žaidimus pagal tai, koks turėtų būti kriterijus“, – sako McDowell.
Kitas yra daugiau pokštas, McDowell sako: Ripley Line, kuri būtų kur niekas negirdėjo jūsų rėkimo erdvėje. Jis sako, kad „labai grubus“ tos ribos aukščio apskaičiavimas buvo keli šimtai mylių, „tačiau tai gali būti visiškai neteisinga“.
Kur yra erdvės kraštas kitose planetose?
Šis klausimas, kur baigiasi planeta ir prasideda erdvė, gali būti ekstrapoliuotas kitiems pasauliams, sako McDowell. Tam tikra Kármán linija gali egzistuoti tokiame pasaulyje kaip Marsas, nes ji taip pat turi atmosferą (nors ir plonesnę nei Žemės), siūlo jis. Tačiau, pavyzdžiui, mėnulis neturi atmosferos. Taigi ar tai reiškia, kad jis yra visiškai erdvėje? O gal yra kitokios ribos, galbūt gravitacinės, į kurią reikėtų atsižvelgti?
[Related: Jane Poynter wants to send you to the edge of space in a very big balloon]
„Ateityje, kai turėsime, žinote, Mėnulio miestą ir jūs pakilsite iš Mėnulio miesto į orbitą aplink Mėnulį, kada jūs būsite perduotas iš vietinio oro eismo valdymo į giluminio erdvės eismo valdymą? jis sako. Arba: „Kada reikia atsižvelgti į skirtumą tarp vietinio skrydžio ar vietinio sportininko, šokinėjančio labai aukštai į Mėnulio gravitaciją, nuo to, kas priskiriama kosminiam eismui?
Nors yra praktinių, logistinių priežasčių apibrėžti tokią ribą toms vietoms, kurios šiuo metu yra žmonių skrydžio į kosmosą taikiniai, McDowell teigia, kad yra dar viena priežastis sukurti aiškius apibrėžimus.
„Apibrėžimai padeda mums suprasti, kaip galvoti apie tiriamus objektus“, – sako jis. „Jie padeda mums kitaip suformuluoti klausimus. Šios sąvokos vystosi. Kai geriau suprantame tam tikrą dalykų klasę, turime užduoti naujų klausimų.