什么是卡门线？| 流行科学

当航天器从地球表面发射升空时，它们最终会脱离地球的空域，进入外层空间。而这个边界究竟在哪里，却有一些争议。

许多专家将卡门线称为太空的边缘，它将边界定义为常规飞机无法飞行的海拔高度。这条线通常设在地球表面上方约 62 英里（约 100 公里）处。

这个数字有很多实际用途，但其科学准确性一直受到质疑。要精确地确定太空的边缘，绝非易事。

“在科学中，我们设定的边界在自然界中并不完全存在，”哈佛-史密森天体物理中心的天体物理学家乔纳森·麦克道尔（Jonathan McDowell）说。“边界的存在之处，是某个量在短距离内快速变化……在地球大气层的边缘，这一点也确实如此。但你选择称什么为太空，什么为地球，这是人类的决定，并非由物理学强加于我们。”

决定地球在哪里结束、太空从哪里开始，其影响不仅在于旅行者是否能获得宇航员徽章。空中交通通常在国家层面进行监管，各国控制着其陆地上方的空域。例如，飞行过低可能会无意中引发国际冲突。

“但太空本质上是全球性的，”麦克道尔说。不同的国际条约适用于太空。随着越来越多的国家发射卫星，以及私营航天公司建立亚轨道太空旅游业，区分地球空域和外层空间变得越来越重要。

卡门线背后的物理学

卡门线 *是* 基于物理学的，因为它描述了地球大气层在不同高度的特性如何影响飞行器的飞行能力。飞机主要依靠机翼与地球大气层密度产生的升力来保持飞行。但随着大气层高度的增加，其密度会变薄。在某个点，空气变得过于稀薄，无法供传统飞机飞行，任何高于该高度的飞行器都需要推进系统（如火箭）才能保持飞行。这个区别就是卡门线。

这条线以西奥多·冯·卡门（Theodore von Kármán）的名字命名，他是一位于 1881 年出生于匈牙利的工程师和物理学家。他在第二次世界大战期间成为火箭领域的杰出专家，并联合创办了美国喷气推进实验室。他被认为是第一个计算出飞行器需要使用推进系统才能飞行的海拔高度的人。

冯·卡门最初计算的边界约为海平面以上 50 英里。但如今，卡门线通常被定义为海拔约 62 英里，或 100 公里。事实上，负责记录航空航天标准的国际航空联合会（Fédération Aéronautique Internationale）也使用这个数字来定义太空的起点。

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麦克道尔说，100 公里这个整数背后的想法是，由于大气层的可变性，边界无法精确定义。

但麦克道尔并不确定是否真是如此。因此，他在 2018 年发表在《宇航学报》（Acta Astronautica）上的一篇论文中，重新审视了卡门线的历史和计算。他发现冯·卡门最初的计算比之前认为的更准确，而且随着几十年大气模型的发展，这种可变性可能只在最初 52 英里计算的几英里范围内。

卡门线是唯一可能的太空边界吗？

麦克道尔说，一些科学家提出了其他特征来定义地球和太空之间的边界，例如地球轨道上卫星再入大气层时解体区域。“这再次被证明在 80 到 90 公里左右，”他说，用英里计算就是 50 多英里。

包括美国联邦航空管理局（FAA）在内的许多美国机构也通常使用 50 英里作为边界。FAA 和空军确实会向那些飞行高度超过 50 英里的人授予宇航员徽章。（然而，并非所有商业航班的乘客都能获得徽章，因为 FAA 在 2021 年增加了关于旅客对商业太空任务的贡献的标准。）

但 NASA 任务控制中心采取了不同的方法。该航天机构不关注空气动力学升力，而是将从外层空间再入地球空域的点定义为大气阻力开始变得明显的点，大约在76 英里处。

麦克道尔认为，还有其他一些边界可能被认为是太空的边缘。一个是阿姆斯特朗极限（Armstrong Limit），以早期美国航空航天医学医生哈里·G·阿姆斯特朗（Harry G. Armstrong）的名字命名，这是人体血液会在低大气压下沸腾的高度，如果未穿戴太空服保护，大约在 11 到 12 英里高处。

“你可以玩各种各样的游戏来决定标准应该是多少，”麦克道尔说。

麦克道尔说，另一个更像是个笑话： Ripley 线，那就是在太空中没有人能听到你尖叫的地方。“这个边界的高度，‘粗略’计算出来是几百英里，”他说，“但那可能完全是错的。”