Граница атмосферы с космосом

Расстояние от Земли до космоса

Освоение космического пространства происходит исходя из принципов международного права. Основы его заложены договором 1967 года, ратифицированным более чем 100 государствами. Парадоксально, но до сих пор ученые и правительства стран не пришли к единому мнению, сколько километров до космоса.

Что такое космос и где он начинается

Слово «космос» возникло в Древней Греции. В переводе оно означало порядок, строй, мир. Вселенная рассматривалась как противоположность хаосу и нагромождению материи. Впоследствии понятие трансформировалось. Современная наука относит к космосу пространство вне газовых оболочек небесных тел. Земной атмосферой считается область вокруг планеты, в которой воздушная среда вращается вместе с Землей как единое целое.

Чтобы определить с научной точки зрения начало космоса, нужно понять, где заканчивается атмосфера.

Для газовой оболочки Земли характерна выраженная слоистость из 5 сфер.

Первой от земной поверхности расположена тропосфера. Здесь сосредоточено около 80% массы атмосферы. Высота ее колеблется от 8-10 на полюсе до 16-18 км в тропиках.

Вторая оболочка носит название стратосфера. Она начинается от 8-16 и заканчивается до 50-55 км от поверхности Земли. В интервале 20-30 проходит озоновый слой, защищающий все живое на планете от агрессивного воздействия ультрафиолетовых лучей. За счет их поглощения озоном происходит нагревание воздуха.

Далее до высоты 80 км простирается мезосфера. С увеличением дистанции температура падает до -90° С.

От нее до уровня 500 км расположена термосфера. Газовый состав термосферы подобен приземному, но кислород переходит в атомарное состояние.

Самый верхний, наиболее разреженный атмосферный слой, — экзосфера. Она состоит из ионизированного газа (плазмы). Частицы здесь могут свободно удаляться в межпланетное пространство. Масса экзосферы меньше атмосферной в 10 млн раз. Нижняя граница начинается от 450 км над Землей, верхняя достигает нескольких тысяч километров.

Таким образом, исходя из своего научного определения космос начнется в экзосфере, где газовая среда не вращается как единое целое вместе с Землей.

Примерное определение дистанции

Единого научного мнения, на каком расстоянии от Земли начинается космос, не существует. Ученые формируют свои доказательства исходя из различных видов физических параметров.

Есть идея, что космос начинается после исчезновения гравитационного воздействия Земли — на расстоянии 21 млн км.

На высоте 18,9-19,35 км при температуре человеческого тела начинает закипать вода. То есть для организма космос начнется на линии Армстронга. После того как в 1957 году первый искусственный спутник исследовал пространство над Землей, возникло понятие «ближний космос» (от 20 до 100 км).

В 50-х годах XX века исследователь Теодор фон Карман установил, что в 100 км от Земли полет для создания подъемной силы достигает момента первой космической скорости (7,9 м/с). Летательному аппарату не нужны крылья, и он превращается в спутник Земли.

Американские и канадские ученые, измерив границу влияния ветров атмосферы и начало воздействия космических частиц на высоте 118 км, предложили определять космическое пространство с данного значения.

Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства Правительства США отмечало расстояние 122 км, на котором шаттлы переключались с маневрирования двигателями на аэродинамику. А военно-воздушные силы своим пределом узаконили отметку 80,45 км.

В 1979 году СССР предложил считать границей космоса величину выше 100-110 км.

Официальное расстояние от поверхности земли до космоса

Страны не пришли к единому мнению, где заканчивается воздушное пространство. Это связано с проблемой установления высотного предела государственного суверенитета.

ФАИ (Международная авиационная федерация) регистрирует полет как космический, начиная от линии Кармана (100 км). В таком интервале от планеты аппарат может совершить полный орбитальный виток вокруг Земли, после чего начинаются его вход в плотные слои атмосферы, торможение и падение.

Международное космическое право базируется на следующих принципах:

В космосе не существует границ государств.
Исследования космического пространства проводятся в целях всего человечества согласно международному праву, включая устав ООН.
В космосе запрещено размещать оружие массового уничтожения.
Искусственные космические объекты находятся под юрисдикцией государства, запустившего их.
Страны учитывают интересы друг друга, организуют консультации.
Космонавты — посланцы человечества.

Данные нормы иногда вступают в противоречие с интересами мировых держав, так как вопрос о государственном суверенитете воздушного пространства тесно связан с лимитированием безвоздушных пространств.

На какой высоте летает МКС

Расстояние до Международной космической станции от Земли меняется от 330 до 417 км. В этом интервале сочетаются оптимальные показатели для проведения экспериментов в условиях невесомости и экономически обоснованная дальность доставки космонавтов и грузов.

Причины изменения расстояний

Причина периодической смены расстояний до МКС кроется в силе трения. Частицы атмосферы воздействуют на корпус станции, происходят медленное торможение и потеря высоты. За счет двигателей приходящих кораблей орбиту увеличивают.

Ранее расстояние от Земли до орбиты МКС варьировалось от 330 до 350 км. Выше ее не могли поднять по причине неспособности американских шаттлов улететь дальше этого расстояния от Земли.

После отмены программы «челноков» станцию удалось отдалить от Земли на 417 км в 2014 году. Сегодня МКС находится на уровне 406 км.

Локальная смена дистанции связана с космическим мусором. Чтобы избежать столкновений, ведется наблюдение в режиме онлайн за передвижением отработанных элементов летательных аппаратов. Если появляется угроза удара, экипаж станции выполняет маневр уклонения. Двигатели дают импульс, который выводит МКС на более высокую орбиту.

Источник

Где начинается граница космоса?

Андрей Кисляков, для РИА Новости.

Казалось бы, не так уж и существенно, где заканчивается «Земля» и начинается космос. Между тем споры вокруг значения высоты, дальше которой уже простирается безграничное космическое пространство, не затихают уже почти столетие. Последние данные, полученные путем досконального изучения и обобщения в течение почти двух лет большого объема информации, позволили канадским ученым в первой половине апреля заявить о том, что космос начинается на высоте 118 км. С точки зрения влияния на Землю космической энергии это число весьма важно для климатологов и геофизиков.

С другой стороны, окончательно завершить этот спор, установив всем миром единую, устраивающую всех границу, вряд ли скоро удастся. Дело в том, что существует несколько параметров, которые считаются принципиальными для соответствующей оценки.

Немного истории. То, что за пределами земной атмосферы действует жесткое космическое излучение, было известно давно. Однако четко определить границы атмосферы, измерить силу электромагнитных потоков и получить их характеристики не удавалось до начала запусков искусственных спутников Земли. Между тем, основной космической задачей, как СССР, так и Соединенных Штатов в середине 50-х годов была подготовка пилотируемого полета. Это, в свою очередь, требовало ясных знаний относительно условий сразу за пределами земной атмосферы.

Уже на втором советском спутнике, запущенном в ноябре 1957 г., находились датчики для измерения солнечного ультрафиолетового, рентгеновского и других видов космического излучения. Принципиально важным для успешного осуществления пилотируемых полетов стало открытие в 1958 г. двух радиационных поясов вокруг Земли.

Но вернемся к установленным канадскими учеными из Университета Калгари 118 км. А почему, собственно, такая высота? Ведь, так называемая «линия Кармана», неофициально признанная границей между атмосферой и космосом, «проходит» по 100-километровой отметке. Именно там плотность воздуха уже столь мала, что летательный аппарат должен двигаться с первой космической скоростью (примерно 7,9 км/с) для предотвращения падения на Землю. Но в таком случае ему уже не требуются и аэродинамические поверхности (крыло, стабилизаторы). На основании этого Всемирная ассоциация аэронавтики приняла высоту 100 км в качестве водораздела между аэронавтикой и астронавтикой.

Но степень разреженности атмосферы — далеко не единственный параметр, определяющий границу космоса. Тем более что «земной воздух» на высоте 100 км не заканчивается. А как, скажем, меняется состояние того или иного вещества с увеличением высоты? Может это и есть главное, что определяет начало космоса? Американцы, в свою очередь, считают любого, кто побывал на высоте 80 км, истинным астронавтом.

В Канаде решили выявить значение параметра, который, как представляется, имеет значение для всей нашей планеты. Они решили выяснить, на какой высоте заканчивается влияние атмосферных ветров и начинается воздействие потоков космических частиц.

Для этой цели в Канаде разработали специальный прибор STII ( Super — Thermal Ion Imager), который вывели на орбиту с космодрома на Аляске два года назад. С его помощью и было установлено, что граница между атмосферой и космосом расположена на высоте 118 километров над уровнем моря.

При этом сбор данных длился всего лишь пять минут, пока несущий его спутник поднимался на установленную для него высоту в 200 км. Таков единственный способ собрать информацию, поскольку эта отметка находится слишком высоко для стратосферных зондов и слишком низко для исследования со спутников. Впервые при исследовании были учтены все составляющие, в том числе движение воздуха в самых верхних слоях атмосферы.

Приборы, подобные STII, появятся для продолжения исследований приграничных областей космоса и атмосферы в качестве полезного груза на спутниках Европейского космического агентства, срок активного существования которых составит четыре года. Это важно, т.к. продолжение исследований пограничных регионов позволит узнать много новых фактов о воздействии космического излучения на климат Земли, о том, какое воздействие энергия ионов имеет на окружающую нас среду.

Изменение интенсивности солнечной радиации, напрямую связанное с появлением пятен на нашем светиле, каким-то образом влияет на температуру атмосферы, и последователи аппарата STII могут быть использованы для обнаружения этого влияния. Уже сегодня в Калгари разработали 12 различных анализирующих устройств, предназначенных для изучения различных параметров ближнего космоса.

Но говорить о том, что начало космоса ограничили 118 км не приходится. Ведь со своей стороны правы и те, кто считает настоящим космосом высоту в 21 миллион километров! Именно там практически исчезает воздействие гравитационного поля Земли. Что ждет исследователей на такой космической глубине? Ведь дальше Луны (384 000 км) мы не забирались.

Мнение автора может не совпадать с позицией редакции

Источник

Где начинается КОСМОС и где границы ВСЕЛЕННОЙ

С чего начинается космос и где кончается Вселенная? Как ученые определяют границы важных параметров в космическом пространстве. Все не так просто и зависит от того, что считать космосом, сколько насчитывать Вселенных.

Атмосфера

«Официальная» граница между атмосферой и космосом – линия Кармана, проходящая на высоте около 100 км. Ее выбрали не только из-за круглого числа: примерно на этой высоте плотность воздуха уже настолько мала, что ни один аппарат не может лететь, поддерживаясь одними лишь аэродинамическими силами. Чтобы создать достаточную подъемную силу, потребуется развить первую космическую скорость. Такому аппарату крылья уже не нужны, поэтому именно на 100-километровой высоте проходит граница между аэронавтикой и астронавтикой.

Но воздушная оболочка планеты на высоте 100 км, конечно, не заканчивается. Внешняя ее часть – экзосфера – простирается вплоть до 10 тыс. км, хотя и состоит уже, в основном, из редких атомов водорода, способных легко покидать ее.

Солнечная система

Центр нашей системы – Солнце – звезда диаметром почти 1,4 млн. километров. Ближайшие к нему планеты – Меркурий, Венера, Земля и Марс – составляют внутреннюю область Солнечной системы. Все они имеют малое количество спутников, состоят из твердых минералов и (за исключением Меркурия) имеют атмосферу. Условно границу внутренней области Солнечной системы можно провести по Поясу астероидов, который находится между орбитами Марса и Юпитера, примерно в 2-3 раза дальше от Солнца, чем Земля.

Самая удаленная галактика, которую астрономы сумели наблюдать с Земли – это z8_GND_5296, расположенная на расстоянии примерно 30 млрд. световых лет. Но самым далеким объектом, который возможно наблюдать в принципе, является реликтовое излучение, сохранившееся практически со времени Большого взрыва.

Ограниченная им сфера наблюдаемой Вселенной включает более 170 млрд. галактик. Представьте: если бы вдруг они превратились в горошины, ими можно было бы заполнить целый стадион «с горкой». Звезд здесь – сотни секстиллионов (тысяч миллиардов). Она охватывает пространство, которое тянется на 46 млрд. световых лет во всех направлениях. Но что лежит за ним – и где Вселенная заканчивается?

На самом деле, ответа на этот вопрос нет до сих пор: размеры всей Вселенной неизвестны – возможно, она вообще бесконечна. А может быть, за ее границами имеются другие Вселенные, но как они друг с другом соотносятся, что собой представляют – пока не известно, но может быть наши потомки, достигнув большего технического прогресса, смогут разгадать эту тайну.

Источник

От 100 км. над Землёй и до Луны или околоземное космическое пространство

100 км — официальная международная граница между атмосферой и космосом, линия Кармана, рубеж между аэронавтикой и космонавтикой. Летающий корпус и крылья начиная со 100 км не имеют смысла, так как скорость полёта для создания подъёмной силы становится выше первой космической скорости и атмосферный летательный аппарат превращается в космический спутник. Плотность среды 12 квадриллионов частиц на 1 дм³, яркость тёмно-буро-фиолетового неба 0,01—0,0001 кд/м² — приближается к яркости тёмно-синего ночного неба. Высота однородной атмосферы 45 см.

100—110 км — начало разрушения спутника: обгорание антенн и панелей солнечных батарей.
110 км — минимальная высота аппарата, буксируемого более высоколетящим тяжёлым спутником.
110—120 км — минимальная высота начала последнего витка спутника с наименьшим баллистическим коэффициентом.
118 км — переход от атмосферного ветра к потокам заряженных частиц.
121—122 — самый низкий начальный перигей секретных спутников, но апогей их был 260—400 км.
122 км — первые заметные проявления атмосферы при возвращении с орбиты.
120—130 км — шарообразный спутник диаметром 1—1,1 м и массой 500—1000 кг, завершая оборот, переходит в баллистический спуск; однако обычно спутники менее плотные, имеют необтекаемые выступающие детали, и потому высота начала последнего витка не менее 140 км.
135 км — максимальная высота начала сгорания самых быстрых метеоров и болидов.
150 км — спутник с геометрически нарастающей быстротой теряет высоту, ему осталось существовать 1—2 оборота; спутник диаметром 1,1 м массой 1000 кг за один оборот спустится на 20 км.
150—160 км — дневное небо становится чёрным: яркость неба приближается к минимальной различаемой глазом яркости 1⋅10-6 кд/м².
160 км — граница начала более-менее стабильных низких околоземных орбит.
200 км — наиболее низкая возможная орбита с краткосрочной стабильностью (до нескольких дней).
302 км — максимальная высота (апогей) первого пилотируемого космического полёта (Ю. А. Гагарин на космическом корабле Восток-1, 12 апреля 1961 г.)
350 км — наиболее низкая возможная орбита с долгосрочной стабильностью (до нескольких лет).
ок. 400 км — высота орбиты Международной космической станции. Наибольшая высота ядерных испытаний (Starfish Prime, 1962 г.).
500 км — начало внутреннего протонного радиационного пояса и окончание безопасных орбит для длительных полётов человека. Не различаемая глазом яркость неба всё ещё имеет место.
690 км — средняя высота границы между термосферой и экзосферой.
947 км — высота апогея первого искусственного спутника Земли (Спутник-1, 1957 г.).
1000—1100 км — максимальная высота полярных сияний, последнее видимое с поверхности Земли проявление атмосферы; но обычно хорошо заметные сияния яркостью до 1 кд/м² происходят на высотах 90—400 км. Плотность среды 400—500 миллионов частиц на 1 дм³.
1300 км — зарегистрированная граница атмосферы к 1950 году.
1320 км — максимальная высота баллистической ракеты при полёте на расстояние 10 тыс. км.

1372 км — максимальная высота, достигнутая человеком до первых полётов к Луне; космонавты впервые обнаружили не просто кривой горизонт, а полную шарообразность Земли (корабль Джемини-11 2 сентября 1966 г.).
2000 км — условная граница между низкими и средними околоземными орбитами. Атмосфера не оказывает воздействия на спутники, и они могут существовать на орбите многие тысячелетия.
3000 км — максимальная интенсивность потока протонов внутреннего радиационного пояса (до 0,5—1 Гр/час — смертельная доза в течение нескольких часов полёта).
12 756,49 км — мы удалились на расстояние, равное экваториальному диаметру планеты Земля.
17 000 км — максимум интенсивности внешнего электронного радиационного пояса до 0,4 Гр в сутки.
27 743 км — расстояние пролёта заранее (свыше 1 дня) обнаруженного астероида 2012 DA14.
35 786 км — граница между средними и высокими околоземными орбитами.
Высота геостационарной орбиты, спутник на такой орбите будет всегда висеть над одной точкой экватора. Плотность частиц на этой высоте

20—30 тыс. атомов водорода на дм³.

ок. 80 000 км — теоретический предел атмосферы в первой половине XX века. Если бы вся атмосфера равномерно вращалась вместе с Землёй, то с этой высоты на экваторе центробежная сила превосходила бы притяжение, и молекулы воздуха, вышедшие за эту границу, разлетались бы в разные стороны. Граница оказалась близка к реальной и явление рассеяния атмосферы имеет место, но происходит оно из-за теплового и корпускулярного воздействия Солнца во всём объёме экзосферы.

ок. 90 000 км — расстояние до головной ударной волны, образованной столкновением магнитосферы Земли с солнечным ветром.

ок. 100 000 км — верхняя граница экзосферы (геокорона) Земли со стороны Солнца, во время повышенной солнечной активности она уплотняется до 5 диаметров Земли (

60 тыс. км). Однако с теневой стороны последние следы «хвоста» экзосферы, сдуваемого солнечным ветром, могут прослеживаться до расстояний 50—100 диаметров Земли (600—1200 тыс. км). Каждый месяц в течение четырёх дней этот хвост пересекает Луна.

260 000 км — радиус сферы тяготения, где притяжение Земли превосходит притяжение Солнца.

363 104—405 696 км — высота орбиты Луны над Землёй (30 диаметров Земли). Плотность среды межпланетного пространства (плотность солнечного ветра) в окрестностях земной орбиты 5—10 тысяч частиц на 1 дм³ со всплесками до 200 000 частиц в 1 дм³ во время солнечных вспышек.

Источник