外太空从哪里开始算起?

这完全取决于你问谁

太空的边界在哪里?这个问题看似简单,但答案却比地球大气层的层次还要复杂。你可能会认为太空始于大气层消失的地方,这没错。但实际上,没有人能确切地说出那个点在哪里。绝大多数科学家则认为,太空边界比我们想象的更接近地球,它其实在(我们称为)大气层之内。

目前最广为接受的“太空边界”定义是距离地球表面 100 公里(约 62 英里,但通常向下取整为 60 英里)。这个高度被称为“卡门线”,以匈牙利物理学家兼工程师西奥多·冯·卡门的名字命名,他认为在这个高度,航空器将无法继续飞行。正如美国宇航局戈达德太空飞行中心地球科学首席科学家保罗·纽曼所解释的,“卡门线被定义为航空器无法以足够快的速度产生升力来飞行的那个高度。” 除了航空学,卡门线上下还有另一个区别。“在 100 公里以下,气体由于湍流运动而充分混合。因此,氮气约占 78%,氧气约占 21%”,纽曼解释道。“在 100 公里以上,由于重力的作用,气体开始发生扩散分离。我们将这个分离高度称为同温层顶,因为下面的一切都是均匀混合的。”

这个 100 公里/62 英里的高度是国际航空联合会(FAI)——一个涵盖从热气球到载人航天等一切体育项目的国际航空体育管理机构——官方认定的太空起点。“商业航天公司似乎也将这个高度作为其游客航班的目标,”埃默里-里德尔航空大学物理科学系主任特里·D·奥斯瓦尔特博士指出。例如,杰夫·贝索斯的蓝色起源公司最近将其“新谢泼德”号飞船测试送到了 65.8 英里的高度,而理查德·布兰森爵士的维珍银河公司则承诺将乘客搭载“太空船二号”飞越 62 英里的高度。

虽然卡门线可能是最接近国际官方认定的太空起点,但它绝非适用于所有人。“有趣的是,美国签署了 FAI 的协议,将 100 公里定义为太空的起点,但它仍然将飞越 80 公里(约 50 英里)——热层开始并且温度随高度升高的高度——的任何人授予‘宇航员’称号,”奥斯瓦尔特说。这个“宇航员”称号适用于达到该高度的 NASA 雇员和军事人员。

2009 年还有一个新的定义。卡尔加里大学的研究人员引用了他们超热离子成像仪的数据,确定了一个新的太空边界:他们声称 73.3 英里(118 公里)是一个更准确的标志,因为低于该线,离子移动得更平静,而高于该线,它们则疯狂移动,这表明了大气层与太空之间的区别。但值得注意的是,73.3 英里远未达到地球大气的技术外层极限,地球大气层包含五个不同的层次——对流层、平流层、中间层、热层和外逸层——一直延伸到距离地球表面约 497 英里。事实上,科学家们甚至没有一个明确的定义来界定大气层在哪里结束。它只是越来越稀薄,直到消失。

还有国际空间站(ISS)的情况,大多数人都认为它肯定位于太空。它以约 248.5 英里(400 公里)的高度绕地球运行,远远高于卡门线和卡尔加里大学的标记。在这里,宇航员体验微重力,你可能会认为这肯定意味着 248.5 英里是太空边界以上的一个安全值,对吧?嗯,并非如此。空间站——位于热层——正在不断地向地球自由落体,仍然受到地球引力和大气的 Yetki 。国际空间站确实在 穿过(非常稀薄的)空气 时减速,并且需要定期加速以维持其高度。

国际空间站内的宇航员也仍然受到引力影响。他们的失重感类似于乘坐 抛物线飞行 的乘客的体验,在这种飞行中,飞行员驾驶飞机以巨大的弧线飞行。在弧线的顶端,乘客会经历几秒钟的失重。如果你以与周围物体相同的速率下落(即,没有空气阻力),你会感觉自己漂浮着。如果你想到达地球引力不再有影响的地方,你需要飞出大约 2100 万公里,或 1300 万英里。这比月球远 87 倍。

“太空边界的每一个定义都取决于你认为在当前问题中大气层的哪些过程是重要的,”奥斯瓦尔特说。“例如,如果飞机无法飞行的地点很重要,那么它就成为你定义太空起点的地方。如果来自太阳耀斑和宇宙射线的辐射危害是关注因素,那么它就成为你关心的那个高度。如果实现轨道运行很重要,那么你的定义可能是 160 公里,在这个高度,与大气的摩擦足够低,可以维持所谓的‘近地轨道’。”

这意味着太空边界与其说是一个障碍,不如说是一个不断移动的目标,随着我们在太空飞行中实现新的里程碑和成就而不断变化。真正的问题是,我们下一步将把它推向哪里?

 

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