Где заканчивается Земля и начинается космос? Линия Кармана - это только один из ответов.

Присвоить значение границе атмосферы не так-то просто.

Отредактировано 2023-25-06
Атмосфера Земли с борта МКС с Луной на заднем плане показывающая четко выраженные слои между планетой и космосом где линия Кармана разделяет ихСлои атмосферы, как видно с борта МКС, которая движется по орбите над линией Кармана.

Когда космический корабль отрывается от поверхности Земли, он в конце концов покидает воздушное пространство нашей планеты и выходит в открытый космос. Где именно проходит эта граница - вопрос спорный.

Многие эксперты называют так называемую линию Кармана этой границей пространства, которая устанавливает границу высоты, выше которой не могут летать обычные самолеты. Эта линия часто располагается примерно в 62 милях над поверхностью нашей планеты.

Эта цифра имеет множество практических применений, но ее научная точность подвергается сомнению. Присвоить точное значение границе космоса не так-то просто.

"В науке границы, которые мы проводим, в природе точно не существуют", - говорит Джонатан Макдауэлл, астрофизик из Центра астрофизики Гарвардского университета и Смитсоновского института. "Граница существует там, где какая-то величина очень быстро меняется на небольшом расстоянии... И это верно на этом краю атмосферы. Но что называть космосом и что называть Землей - это человеческое решение, которое не навязывается нам физикой".

Последствия принятия решения о том, где заканчивается Земля и начинается космос, выходят за рамки того, получат ли путешественники крылья астронавта или нет. Воздушное движение обычно регулируется на национальном уровне, страны контролируют воздушное пространство над своей территорией. Например, слишком низкий полет может привести к непреднамеренному началу международного конфликта.

Но "космос по своей сути является глобальным", - говорит Макдауэлл. К космосу применяются различные международные договоры. По мере того как все больше стран запускают спутники, а частные компании, занимающиеся космическими полетами, создают индустрию суборбитального космического туризма, определение различий между воздушным и космическим пространством Земли становится все более важным.

Физика за линией Кармана

Линия Кармана основана на физике, поскольку она описывает, как характеристики земной атмосферы на разных высотах влияют на способность летательного аппарата летать. Самолеты держатся в воздухе в основном за счет подъемной силы, создаваемой их крыльями в толще земной атмосферы. Но по мере увеличения высоты атмосфера истончается. В определенный момент воздух становится слишком тонким для традиционных самолетов, и для того, чтобы оставаться на высоте, любой летательный аппарат должен иметь двигательную установку, например, ракету. Это различие и есть линия Кармана.

Линия названа в честь Теодора фон Кармана, инженера и физика, родившегося в Венгрии в 1881 году. Во время Второй мировой войны он стал выдающимся специалистом по ракетам и одним из основателей Лаборатории реактивного движения США. Ему принадлежит заслуга в том, что он первым рассчитал высоту, выше которой летательный аппарат должен использовать двигательную установку для полета.

Фон Карман первоначально рассчитал, что граница находится примерно в 50 милях над уровнем моря. Но сегодня линия Кармана обычно определяется как высота около 62 миль, или 100 километров. Фактически, агентство, которое отслеживает стандарты и рекорды в воздухе и космосе, Международная федерация аэронавтики, также использует эту цифру для определения того, где начинается космос.

По словам Макдауэлла, круглое число в 100 километров объясняется тем, что граница не может быть определена точно из-за изменчивости атмосферы.

Но Макдауэлл не был уверен, что это так. Поэтому он заново изучил историю и расчеты линии Кармана в статье, опубликованной в журнале Acta Astronautica в 2018 году. Он обнаружил, что первоначальный расчет фон Кармана был более точным, чем считалось ранее, а с учетом десятилетий совершенствования атмосферных моделей изменчивость, вероятно, составляет всего несколько миль от первоначального расчета в 52 мили.

Является ли линия Кармана единственным возможным краем пространства?

Некоторые ученые предложили другие характеристики для определения границы между Землей и космосом, например, область на орбите нашей планеты, где спутник разрушается при входе в атмосферу, говорит Макдауэлл. "Это, опять же, оказывается в 80-90-х километрах", - говорит он, что в милях соответствует 50-м километрам.

Многие агентства США, включая Федеральное управление гражданской авиации, также обычно используют 50 миль в качестве границы. FAA и ВВС фактически присваивают крылья астронавта тем, кто летает на высоте более 50 миль. (Однако не все пассажиры коммерческих рейсов получат свои крылья, поскольку в 2021 году FAA добавило критерии, касающиеся вклада путешественника в коммерческую космическую миссию).

Однако служба управления полетами НАСА использует другой подход. Вместо того чтобы сосредоточиться на аэродинамической подъемной силе, космическое агентство определяет точку вхождения в воздушное пространство Земли из космоса как место, где атмосферное сопротивление становится заметным, на расстоянии около 76 миль.

Существуют и другие границы, которые некоторые могли бы рассмотреть для границы космоса, предлагает Макдауэлл. Одна из них - предел Армстронга, названный в честь Гарри Г. Армстронга, первого американского врача в области аэрокосмической медицины, который представляет собой высоту, на которой у человека закипает кровь, если он не защищен от низкого атмосферного давления скафандром, примерно на высоте 11-12 миль.

"Можно играть в самые разные игры о том, каким должен быть критерий, - говорит Макдауэлл.

Другой вариант, по словам Макдауэлла, больше похож на шутку: Линия Рипли, где никто не сможет услышать ваш крик в космосе. "Очень грубый" расчет высоты этой границы составил несколько сотен миль, говорит он, "но это легко может быть совершенно неверно".

Где находится край космоса на других планетах?

Этот вопрос о том, где заканчивается планета и начинается космос, можно экстраполировать на другие миры, говорит Макдауэлл. По его мнению, своего рода линия Кармана может существовать на таком мире, как Марс, поскольку там тоже есть атмосфера (хотя и более тонкая, чем на Земле). Но, например, у Луны нет атмосферы. Значит ли это, что она полностью находится в космосе? Или же следует учитывать границу иного рода, возможно, гравитационную?

"В будущем, когда у нас будет Лунный город, и вы будете взлетать из Лунного города на орбиту вокруг Луны, в какой момент вам передадут управление воздушным движением от местного авиадиспетчера к управлению движением в глубоком космосе?" - говорит он. Или: "Когда вам нужно учитывать разницу между местным полетом или местным спортсменом, прыгающим очень высоко в лунную гравитацию, и тем, что считается космическим движением?".

Хотя существуют практические и логистические причины для определения такой границы для мест, которые в настоящее время являются целями для полетов человека в космос, Макдауэлл говорит, что есть и другая причина для создания четких определений.

"Определения помогают нам понять, как думать об объектах, которые мы изучаем", - говорит он. "Они помогают нам затем по-другому сформулировать наши вопросы. Эти понятия развиваются. По мере того, как мы все больше понимаем о каком-то классе вещей, у нас появляются новые вопросы".