Космос: что такое, границы, где начинается, описание, строение, фото и видео
Космос привлекал людей еще с древних времен. Глядя на звезды и безграничное пространство, человек мечтал изучить его. Однако оно настолько велико, что сделать это не так-то просто. Несмотря на то, что люди уже обладают технологиями, позволяющими отправиться в открытый космос, его освоение идет очень медленно.
Что такое космос
Под космосом подразумевается пустое пространство во Вселенной, находящееся за пределами планетарных атмосфер. В нем присутствуют частицы водорода, кислорода и пыли, правда их концентрация очень мала и составляет лишь несколько молекул на кубический метр.
Также в некоторых участках межзвездной среды могут встречаться электромагнитное излучение и космические лучи. Последние представляют собой движущиеся на большой скорости атомы ядер и элементарные частицы.
Границы
Космос обладает множеством границ, пролегающих на разных расстояниях относительно Земли:
- 35 км – на этой высоте вода уже не может существовать в жидком виде, поскольку из-за атмосферного давления в 611 Па она закипает даже при нулевой температуре;
- 100 км – здесь проходит официально признанная граница между атмосферой Земли и ближним космосом, за ее пределами, для перемещения, люди вынуждены прибегать не к аэронавтике, а космонавтике;
- 100 тыс. км – наружная граница экзосферы – самого верхнего атмосферного слоя;
- 260 тыс. км – расстояние от Земли, где притяжение планеты сильнее солнечного;
- 13 млрд км – начало межзвездного пространства и дальнего космоса;
- 20 трлн км – граница Облака Оорта, за пределами которой не действует притяжение Солнечной системы;
- 300 квдрлн км – расстояние до границы Млечного Пути;
- 30 квнтлн км – граница Местной группы галактик, куда входят Млечный Путь, Андромеда и Треугольник;
- 250 скстлн км – предел видимости вещества в космическом пространстве;
- 870 скстлн км – граница видимости излучения.
Чем космос отличается от Вселенной
Довольно трудно установить четкую разницу между этими понятиями, поскольку в определенном контексте под ними могут подразумеваться разные вещи.
В современном мире за космос принимают бескрайнее пространство, начинающееся сразу после атмосферы Земли. В нем находятся планеты, звезды, галактики и другие небесные объекты. Для большего удобства космос разделяют на ближний, который можно исследовать с помощью современных спутников и аппаратов, и дальний, добраться до которого пока невозможно.
Под Вселенной подразумевается не только пространство между объектами, но и сами небесные тела. В философии даже человек является ее частью. Также существует мнение, что космос существовал всегда, а Вселенная возникла в момент Большого Взрыва.
Межпланетное пространство
Под межпланетным подразумевается пространство, ограниченное орбитой наиболее отдаленной планеты от звезды. В нем могут присутствовать различные вещества: газ, частички пыли, водород и т.д. Также пространство пронизано электромагнитным излучением.
Температура в конкретной точке межпланетного пространства определяется путем помещения в нее абсолютно черного тела. Последнее впитывает в себя электромагнитное излучение и тепло, постепенно нагреваясь. Его температура и будет считаться за истинное значение.
Межпланетная среда
Данная среда представляет собой совокупность веществ и полей, находящихся в межпланетном пространстве. В Солнечной системе она состоит из:
- магнитного поля;
- космических лучей;
- нейтрального газа;
- пыли;
- электромагнитного излучения;
- солнечного ветра.
Последний компонент преобладает в межпланетной среде, поскольку звезда испускает в пространство большое количество ионизированных частиц.
Межгалактическое пространство
Под данным пространством подразумевается область космоса, находящаяся между галактиками. В ней практически отсутствуют какие-либо вещества, и по своему составу она схожа с вакуумом.
Между галактиками температура способна доходить до 10 млн градусов Цельсия. Такое высокое значение обусловлено большим количеством звездного ветра и излучения, исходящего от черных дыр.
Войдом называется космическое пространство, в котором отсутствуют галактики. Плотность объектов в таких областях на 90% меньше, чем в звездных системах. Размеры войда могут варьироваться от 10 000 до 100 000 парсек. Если габариты превышают этот диапазон, то его называют “супервойдом”. Границы таких областей определяются с помощью галактических нитей. Последние представляют собой прямые, состоящие из скопления звездных систем.
Межгалактическая звезда
Межгалактическими звездами называются светила, которые не входят в состав галактик. Первые объекты такого типа были открыты во второй половине 90-х. Считается, что они образуются за счет столкновения галактик или при сближении двойной звезды с черной дырой. В последнем случае одно из светил “выстреливается” в сторону и перемещается на большое расстояние.
Большое число звезд такого типа обнаружено в Скоплении Девы. Их количество находится в районе триллиона. Также найдено 675 светил в окрестностях Млечного Пути. Большинство из них являются красными гигантами, а состав указывает на то, что звезды образовались в центре галактики, после чего переместились на ее границу.
Процесс изучения
Изучать космос человечество начинало постепенно, и в будущем ему предстоит совершить еще массу увлекательных открытий. Процесс освоения внеземного пространства начался 4 октября 1957 года, когда состоялся запуск аппарата “Спутник-1” – первого устройства, отправленного за пределы атмосферы.
А 12 апреля 1961 года Юрий Гагарин полетел в космос. Спустя пять лет люди успешно состыковали пилотируемые корабли, а через год повторили это с беспилотными. В 1969 году, 21 июля, Нил Армстронг первым высадился на Луну. Через два года в эксплуатацию была введена станция “Салют-1”, движущаяся по орбите Земли. В ноябре 1998 года был запущен первый модуль МКС.
С тех пор люди всячески стараются улучшать технологии, позволяющие осваивать космическое пространство.
Скорости, необходимые для выхода в ближний и дальний космос
Для того, чтобы объект мог выйти на орбиту планеты, он должен двигаться с определенными скоростями, которые называются космическими. Для Земли они равны следующим значениям:
- 7,9 км/с – 1-я космическая скорость, позволяет выйти на орбиту Земли;
- 11,1 км/с – 2-я космическая скорость, на которой объект попадает в межпланетное пространство;
- 16,67 км/с – 3-я космическая скорость, позволяет выйти в межзвездное пространство;
- 550 км/с – 4-я космическая скорость, необходимая для полета за пределы галактики Млечный путь.
Если объект движется с меньшей скоростью, то сила притяжения планеты, звезды или галактики не позволит ему достигнуть нужной границы.
Воздействие пребывания в открытом космосе на организм человека
Если человек окажется в открытом космосе без средств защиты, у него начнется декомпрессия – процесс расширения пузырьков газа в организме. Параллельно с этим он будет испытывать нехватку кислорода и получать солнечные ожоги. Также если в легких находится воздух, они могут деформироваться из-за разницы давления.
Поскольку вещества не могут находиться в космосе в жидком состоянии, влага на глазах и в ротовой полости сразу начинает испаряться. Также с большой долей вероятности человек потеряет сознание уже через 15-20 секунд.
Почему в космосе холодно
Температура в космоса равна -273 градусам Цельсия. Такое значение называют “абсолютным нулем”, поскольку при нем атомы веществ перестают двигаться. Но почему же в космосе так холодно, даже несмотря на то, что сквозь него проходят солнечные лучи?
Низкая температура связана с тем, что в межпланетном пространстве практически отсутствуют какие-либо вещества. Соответственно, солнечным лучам нечего нагревать.
Почему в космосе холодно, если там вакуум
Теплопроводность вакуума равна нулю, и он полностью пропускает излучение. Поскольку в нем отсутствуют какие-либо вещества и объекты, проходящие сквозь него солнечные лучи ничего не нагревают. Соответственно, температура не меняется и остается равной абсолютному нулю.
Почему космос черный?
Несмотря на то, что в космосе находится множество звезд, испускающих свет, он остается черным. В 1823 году астроном Вильгельм Ольберс предположил, что если пространство вокруг безгранично, а объекты в нем статичны, человек должен видеть свет звезд в любой точке пространства. Однако его глаза распознают лишь мелкие точки на черном фоне. Получается, космос имеет границы. А в 1920-х годах Эдвин Хаббл доказал, что галактики движутся и постепенно отдаляются друг от друга. На основе его выводов появилась теория Большого Взрыва.
Она и объясняет, почему космос черного цвета. Галактики и звезды отдаляются друг от друга с такой скоростью, что свет от них не успевает доходить до точки, с которой ведется наблюдение. И когда человек смотрит на черную область в пространстве, то в ней также находятся звезды, просто он не может их разглядеть. Ведь свет от них не успевает дойти до него.
На какой высоте официально начинается космос?
Космос начинается в 100 км над поверхностью Земли, где пролегает линия Кармана. Ее назвали в честь американского инженера Теодора фон Кармана. В XX веке он первым установил, что на этой высоте атмосфера становится настолько разреженной, что для продолжения движения вверх аппарат должен двигаться с первой космической скоростью.
Позже астрономы провели более точные расчеты и вычислили, что атмосферные ветра полностью отсутствуют на высоте в 118 км, и там же появляются космические частицы.
Важнейшие этапы освоения космоса 
Человечество со временем изобретает новые технологии, позволяющие дальше продвинуться в освоении космоса. В истории можно выделить важнейшие этапы данного процесса:
- 4 октября 1957 года состоялся пуск аппарата “Спутник-1”;
- 4 января 1959 года спутник “Луна-1” начала вращение вокруг Солнца, став его первым искусственным спутником;
- 12 апреля 1961 года Юрий Гагарин первым отправился в космос;
- 15 сентября 1968 года аппарат Зонд-5 сумел вернуться на Землю после того, как совершил полет вокруг Луны;
- 15 декабря 1970 года аппарат “Венера-7” сел на Венеру;
- 2 декабря 1971 года “Марс-3” сел на Марс;
- с 1975 по 2011 года состоялись запуски первых искусственных спутников разных планет Солнечной системы;
- 20 ноября 1998 года состоялся запуск модуля “Заря”, ставшего первым блоком МКС.
Также разные страны планируют свои космические программы на годы вперед и продумывают дальнейшее освоение космоса.
Что означает слово “космос”?
Под космосом в современном мире понимают пространство между небесными телами, лежащее за пределами их атмосфер. В философии это слово означает “порядок” и “мироздание”. Также в этой области космос ставится в противоположность хаосу.
Интересное видео о космосе
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
Пять наивных вопросов о космосе
Мы все любим космос. Ведь он красивый и бесконечный, а еще благодаря Гагарину как будто бы навсегда наш, а это приятно. Сложно найти еще одну такую область науки, которая одинаково интересна всем – взрослым и детям, сантехникам и академикам. А когда россиянину что-то интересно, он первым делом задаёт свой вопрос… конечно, «Яндексу».
Недавно «Яндекс» опубликовал рейтинг самых популярных поисковых запросов, связанных с космической тематикой. Мы попросили ответить на самые интересные из них учёных и популяризаторов космонавтики. Тем более, что вопросы не так просты, как может показаться на первый взгляд. Наших соотечественников интересуют и философские вопросы (например, зачем люди осваивают космос), и сугубо практические.
Что такое космос
Космос – это очень широкое понятие, выходящее за пределы космонавтики. Есть множество интерпретаций слова: и философская, и инженерная, и физиологическая.
С точки зрения философии, в первую очередь, вспоминается, что «космос» на древнегреческом означает «порядок», в противовес «хаосу». Древние философы думали, что над нами всё красиво, математично, что сферы вращаются одна вокруг другой, а все планеты на них «закреплены». Теперь мы знаем, что всё не совсем так, но по сути мы тоже являемся частью космоса: наша планета движется вокруг Солнца со скоростью около 30 км/с, вместе с Солнцем мы движемся вокруг галактики со скоростью около 220 км/с, а она в свою очередь тоже движется в группе галактик и так далее. Всё, что нас окружает, весь вселенский порядок вокруг нас – это космос.
По отношению к Вселенной термин «космос» впервые употребил Пифагор. Скорее всего, он имел в виду гипотетическое пространство над Землёй, которая тогда являлась для его современников центром Вселенной. Уже в современный язык слово ввёл в XIX веке немецкий физик Александр фон Гумбольдт в своём многотомном трактате о природе, который так и назывался «Kosmos» (именно через K, лишь позже в английском стали писать Cosmos).
Говоря об инженерной интерпретации, вспомним Гагарина. Когда он полетел, везде говорили, что это первый человек, который вышел в космическое пространство. Люди воспринимают космос как что-то конкретное: которое начинается в определенном месте, а всё, что ниже – это наша Земля, дом, уже не космическое пространство. Принято считать, что космос начинается со 100 километров над Землёй – это линия Кармана. Дальше уже космос. Кстати, NASA использует в качестве границы атмосферы отметку в 122 километра (400 000 футов), где «шаттлы» переключались с маневрирования с помощью двигателей на аэродинамическое маневрирование.
Часто понятие космос употребляется и в значении космической деятельности человека. Получается, что мы практически его освоили, по крайней мере, ближний космос. Это всё, что вращается по орбите, включая МКС и Луну. А вот Марс и другие планеты, до которых мы ещё не долетели – это дальний космос, хотя и его мы уже осваиваем.
Если же обратиться к физиологии человека, то важным оказывается то, что на высоте 9 км мы уже не сможем дышать, хотя атмосфера содержит кислород до высоты в 115 километров. А на высоте около 19-20 км давление атмосферы снижается до 47 мм рт.ст., и температура кипения равна температуре тела – 36,6 градусов, что приводит к кипению воды и межтканевой жидкости в организме человека. Вне герметичной кабины на этих высотах смерть наступает почти мгновенно. Значит, можно сказать, что для человека космос начинается уже на этой высоте.
По моей собственной интерпретации, космическое пространство начинается там, где не могут распространяться продольные колебания. Мы живем в воздушной оболочке Земли, и у нас есть возможность передавать звук – это продольные колебания воздушной среды. То есть при передаче звука мы используем воздух как «среду-передатчик». В космосе мы не можем использовать воздушную среду, чтобы передать звук, потому что там нет воздуха. Космонавты могут передавать звук, например, стукнув по поверхности космического аппарата. Но в космосе есть возможность передавать поперечные колебания, то есть свет, и вся передача энергии осуществляется благодаря излучению. Излучение от Солнца передается через вакуум (космос) на Землю, ему не нужна среда для распространения.
В целом же, космос гораздо более многогранен, чем мы раньше думали. Представление людей о космосе последовательно усложнялось. Учёные предполагают, что космос состоит в том числе из тех веществ, которые нельзя зарегистрировать – тёмная материя, тёмная энергия – эти субстанции мы можем только выявить математически. Возможно, существует что-то ещё. Поэтому отвечать на вопрос, что такое космос, можно и с той точки зрения, как постепенно человечество усложняло значение этого слова, как знания давали понимание, что космос очень сложен. Может, когда-нибудь мы придем к пониманию, что космос – это всё сущее.
На какой высоте начинается космос?
Формально космос начинается там, где заканчивается атмосфера Земли. Но только в школьных учебниках эта линия проведена чётко, на деле же никакой явной границы не существует. Однако венгерский учёный Теодор фон Карман предложил довольно логичный способ ввести условную границу, и он получил широкое распространение.
Дело в том, что подъёмная сила самолёта зависит, помимо прочего, от его скорости и от плотности окружающего воздуха. Чем меньше плотность воздуха, тем большая скорость нужна для удержания самолёта на одной высоте. С ростом высоты плотность воздуха сильно снижается. Поэтому, чем больше высота полёта самолёта, тем с большей скоростью ему нужно лететь, чтобы на ней оставаться. А теперь вспомним про спутники. Их разгоняют до первой космической скорости (около 8 км/с), на которой центробежная сила при движении вокруг Земли уравновешивает силу гравитации. Но летают они гораздо выше самолётов, чтобы им как можно меньше мешало сопротивление воздуха, который всё-таки остаётся на больших высотах. Если мы теперь вернёмся к самолётам, то можем рассчитать высоту, для которой необходимая скорость как раз будет равна первой космической. В этом случае эффект центробежной силы не учитывается, а рассчитывается лишь скорость, необходимая для достижения нужной аэродинамической подъёмной силы. Когда эта скорость доходит до первой космической, воздушный полёт с помощью крыльев теряет даже теоретический смысл.
Правда, даже при таком подходе точно границу не вычислить, потому что, во-первых, плотность воздуха на одной и той же высоте может быть разная в разное время или для разных мест на планете, а во-вторых, подъёмная сила самолёта зависит ещё от его формы и от характеристик крыла. Поэтому Карман взял некоторые средние значения и получил результат – около 90-95 км от поверхности Земли. Для простоты он предложил считать условной границей космоса высоту 100 км, которую назвали линией Кармана и сейчас широко принимают по всему миру.
Любопытно, что официальной юридической границы космоса всё ещё не существует, поэтому нельзя строго сказать, на какой высоте заканчивается юрисдикция того или иного государства. К счастью, пока что это и не востребовано.
Какая температура в космосе?
Когда мы проектировали и испытывали спутник «Маяк», многие зрители этого увлекательного процесса писали, что мы всё делаем неправильно, так как в космосе «очень жаркая температура из-за Солнца» или, наоборот, «очень низкая температура, так как там ничего нет». На первый взгляд оба варианта кажутся логичными, но каков же правильный ответ, какая в космосе температура?
Для начала придется вспомнить, что такое температура, в принципе. Согласно, определению из школьного учебника физики, это мера теплового движения молекул. Молекул! В космосе, особенно далеко от небесных тел, с молекулами плохо, их там почти нет. А раз нет молекул, то нет и температуры. Поэтому на самом простом уровне понимания можно говорить, что понятие «температура» в космосе, вообще, не определено.
Но как же спутники и космонавты, им же бывает жарко или холодно! Да, бывает, но вот почему. Они-то состоят их молекул, и их молекулы начинают двигаться быстрее при освещении Солнцем или медленнее – при попадании в тень. Материалы, из которых состоят спутники и скафандры космонавтов, должны выдерживать температуры от -100 до +150 градусов, теоретически до таких температур может разогреться/остыть тело в космосе.
Если говорить более корректно, то температура какого-то объекта в космосе определяется балансом между притоком тепловой энергии на тело, например, от внутренних источников тепла или Солнца, и оттоком вовне, в космос. Отток тепла в космосе осуществляется из-за излучения. Все нагретые выше абсолютного нуля тела испускают инфракрасное излучение, и из-за этого теряют энергию. Поэтому здесь нельзя ответить однозначно, всё измеряется в каждом конкретном случае.
Как полететь в космос?
У любого человека есть несколько вариантов, как попасть в космос. Всё зависит от здоровья, гражданства, финансового состояния. Самый надёжный путь – пройти сложный конкурсный отбор и стать национальным космонавтом/астронавтом. 15 стран участвуют в проекте Международной космической станции (МКС), и их граждане могут как профессионалы полететь в космос. Как раз сейчас в России идёт открытый набор в отряд космонавтов, но заявку подавать уже поздно (идёт завершающий этап выбора будущих космонавтов). Претендентов отбирают по возрасту (до 35 лет), здоровью (богатырское), образованию (лётное и техническое). Есть свои космонавты и космические корабли также у Китая и у США.
Если же по тем или иным причинам стать профессиональным покорителем орбиты вам не суждено, есть шанс полететь в космос туристом. Правда, в данный момент цена билета на МКС варьируется в пределах 65 миллионов долларов США – пожалуй, самый дорогой вид туризма. Однако намного дешевле полететь не на орбиту, а в суборбитальный полёт. Все ожидают начало массовых туристических полётов в 2019 году. Цена билета за несколько минут невесомости и неземные виды Земли – около 250 тысяч долларов. Две компании лидируют в подготовке этих стартов: Blue Origin и Virgin Galactic. Нам остаётся немного подождать. Впрочем, и в России есть компания «Космокурс», которая занимается созданием инфраструктуры суборбитальных полётов, так что может даже удастся сэкономить на авиабилетах в Штаты и полететь в космос прямо из России.
Есть и еще один, самый фантастичный, но при этом относительно реальный вариант – это полёт на Марс на будущей ракете BFR Илона Маска, чтобы стать одним из первых жителей Красной планеты. Первые полёты могут начаться во второй половине следующего десятилетия, поэтому уже можно начинать копить на билет. Если желающих поменять мир будет много, Илон обещает цену даже ниже, чем стоит сейчас полёт на МКС.
Зачем люди осваивают космос
Стоит выделить, как минимум, четыре главных фактора – технологический, научный, экономический и цивилизационно-биологический.
Космос – это сложная, местами даже экстремальная среда, поэтому техника, которую мы создаём для его освоения, требует новых подходов. Впоследствии все технологии, материалы, системы, которые мы разрабатываем для космоса, могут найти применение и на Земле. Так получилось с Лунной программой, когда инвестиции в технику и в развитие компьютерных систем по сути явились не единственным, но важным стимулом и основанием для нынешней технологической компьютерной революции. Правда, сейчас космос больше заимствует из земных технологий, чем наоборот: в развитие космических технологий в России вкладываются намного меньше, чем это было в СССР.
С точки зрения науки, главная задача изучения космоса – лучше понимать мир, в котором мы живем. Сейчас мы лучше понимаем, сколько астероидов летает, какую опасность они представляют для землян, можем предсказывать солнечные вспышки и многое другое. Теперь мы лучше знаем, где живём, и не боимся, что с прилётом кометы случится эпидемия или начнётся война. Продолжать исследования следует, и в этом есть смысл, хоть не улучшающий жизнь здесь и сейчас, но работающий на перспективу.
Не стоит забывать и об экономике. Сегодня объём космического рынка, то есть денег, которые зарабатываются в космосе или при помощи космоса, в несколько раз превышает затраты всех государств на его исследование. Космос в масштабе человечества – прибыльная деятельность, а вовсе не расходная статья бюджета. Государственные траты на космос продолжаются, но многие страны развиваются за счёт частных компаний, которые работают с помощью космоса и уже извлекают выгоду, поэтому мотивы развиваться дальше у них есть.
Беспилотная космонавтика проявила себя гораздо лучше, чем пилотируемая, и основная часть денег приходит из трёх сфер. Во-первых, это спутниковая съёмка, например, всем известные яндекс и гугл-карты. Во-вторых, это спутниковая навигация, экономическую ценность которой так никто точно и не посчитал, но она имеет колоссальное значение и для авиации, и для мореходства, и для систем безопасности. И третье – ретрансляция данных: мир постоянно обменивается информацией благодаря космосу. Если мы отключим все спутники, то не останемся без интернета, но всё-таки 10% обмена данных проходит через космос: это и трансляция данных, и банковские транзакции, и прочее. Космос действительно приносит выгоду и улучшает жизнь на планете.
Наконец, цивилизационно-биологический фактор. Любой биологический вид – будь то вирус, синица или человек – стремится к наиболее широкому расселению. И этому есть эволюционное обоснование: чем шире охватывает территорию планеты популяция вида, тем больше шанс выжить в условиях изменяющихся внешних условий. Когда люди осваивали другие материки, они не думали, что надо расширить свою популяцию, и что это повысит выживаемость человека как вида. У них были свои причины – сбежать от врагов, найти более плодовитые земли и так далее. Но, по сути, они шли к той же самой концепции, что и любое живое. И космос – продолжение прежнего биологического стремления расширяться как можно дальше. Сейчас мы как вид достигли максимального распространения: заняли все широты, среды, и мы можем продолжать стремление дальше. Наше развитие техники позволяет лететь дальше в космос. А если мы можем, и нам ничего не мешает, почему бы и нет.
Но всё это рациональные обоснования. У меня есть и другой. Зачем люди осваивают космос? Просто потому что хочется! Конечно, такой ответ пригоден только для частной космонавтики: если хочется, то и лети, но на свои деньги, а не государственные. Илон Маск пытается летать на собственные средства, ему пока не хватает, поэтому он зарабатывает на госзаказах, выполняет коммерческие услуги, но он идет к тому, чтобы начать летать за свой счёт и предлагать услуги тем, кто тоже так может. И Джефф Безос продвигает ту же идею, потому что ему хочется. При таком подходе отпадает вообще вопрос «зачем». Хочу и всё.
Источник