Найти в Дзене
AstroGeorge

Атмосфера Земли. Где начинается космос?

Рассмотрим разные определения границы космоса, поскольку коммерческие космические полёты становятся реальностью. После успешного полёта Virgin Galactic Ричарда Брэнсона 11 июля 2021 г. возобновились разговоры о том, где именно начинается космос. В отношении орбитальных полётов существует общепринятая линия Кармана - условная граница, расположенная на высоте 100 км. Кроме того, применяется и граница 80 км, обозначающая верхнюю часть мезосферы, где сгорает большинство метеоров. Для сравнения, пассажирские самолёты обычно летают на высоте 10-11 км вблизи верхней границы тропосферы, самого нижнего слоя атмосферы. Линия Кармана названа в честь венгерско-американского инженера Теодора фон Кармана, который определил, что на высоте 101-го километра атмосфера слишком разрежена, чтобы обеспечить подъёмную силу, необходимую для полёта обычного самолёта. Для этого скорость летательного аппарата уже должна быть равна первой космической. НАСА также использовало определение 80 км в течение нескольких

Рассмотрим разные определения границы космоса, поскольку коммерческие космические полёты становятся реальностью.

Луна заходит за нечёткий сине-голубой край земной атмосферы, вид с Международной космической станции. (фото - Рид Уайзман / НАСА)
Луна заходит за нечёткий сине-голубой край земной атмосферы, вид с Международной космической станции. (фото - Рид Уайзман / НАСА)

После успешного полёта Virgin Galactic Ричарда Брэнсона 11 июля 2021 г. возобновились разговоры о том, где именно начинается космос. В отношении орбитальных полётов существует общепринятая линия Кармана - условная граница, расположенная на высоте 100 км. Кроме того, применяется и граница 80 км, обозначающая верхнюю часть мезосферы, где сгорает большинство метеоров. Для сравнения, пассажирские самолёты обычно летают на высоте 10-11 км вблизи верхней границы тропосферы, самого нижнего слоя атмосферы.

Линия Кармана названа в честь венгерско-американского инженера Теодора фон Кармана, который определил, что на высоте 101-го километра атмосфера слишком разрежена, чтобы обеспечить подъёмную силу, необходимую для полёта обычного самолёта. Для этого скорость летательного аппарата уже должна быть равна первой космической. НАСА также использовало определение 80 км в течение нескольких десятилетий, начиная с конца 1950-х годов.

Строение атмосферы Земли. Упрощённый рисунок (Яндекс Картинки).
Строение атмосферы Земли. Упрощённый рисунок (Яндекс Картинки).

Атмосфера Земли состоит из нескольких слоёв. Над тропосферой, в которой содержится 4/5 всей массы атмосферы и в которой которой формируется погода, начинается стратосфера. Она располагается на высотах от 11 до 50 км, затем - мезосфера - самый холодный слой. Он располагается на высотах от 40—50 до 80—90 км.

Строение атмосферы Земли и её дневное и ночное состояние. (Википедия)
Строение атмосферы Земли и её дневное и ночное состояние. (Википедия)

Для полётов мезосфера представляет собой своего рода «мёртвую зону» — воздух здесь слишком разрежён, чтобы поддерживать самолёты или аэростаты (на высоте 50 км плотность воздуха в 1000 раз меньше, чем на уровне моря), и в то же время слишком плотен для полётов искусственных спутников на такой низкой орбите. Прямые исследования мезосферы проводятся в основном с помощью суборбитальных метеорологических ракет. Линия Кармана располагается на высоте 100 км, в нижней части термосферы, примерно на высоте нижней границы северных сияний.

Полярное сияние, вид с МКС. Образуется в термосфере примерно от линии Кармана до высоты 1000 км. (НАСА)
Полярное сияние, вид с МКС. Образуется в термосфере примерно от линии Кармана до высоты 1000 км. (НАСА)

Это также наименьшая высота, на которой спутник может вращаться вокруг Земли непродолжительное время. Ниже 100 км трение о воздух быстро приведёт к тому, что аппарат будет резко терять высоту и сгорит в атмосфере.

МКС движется по орбите на высоте около 420 км в термосфере, которая начинается на высоте 80—90 км и простирается примерно до 800 км. Над этим слоем находится экзосфера, которая уступает место межпланетному пространству.

Полёт Ричарда Брэнсона 11 июля 2021 г. на Virgin Galactic. Он достиг высоты 86 км.

А Джефф Безос, основатель компании Amazon, целью своего состоявшегося 20 июля 2021 года полёта на корабле Blue Origin выбрал линию Кармана. Это международный стандарт, который используется как всемирной организацией, фиксирующей рекорды в области аэронавтики и космонавтики, Международной федерацией аэронавтики (FAI), так и Организацией Объединённых Наций. Сомневаюсь, что вид из окна у него сильно отличался от того, что видел Брэнсон. Счастливчики-пассажиры могли любоваться искривлённой Землёй под чёрным небом и, возможно, видели несколько ярких звёзд.

Если же говорить о НАСТОЯЩЕМ космосе, где атмосфера Земли уже уступает солнечному ветру, то это гораздо дальше. Внешний слой атмосферы, экзосфера, фактически заканчивается на расстоянии 10 000 км от Земли - в 100 раз дальше линии Кармана. Немногочисленные атомы и молекулы земной атмосферы могут пролететь на такой высоте сотни километров, не сталкиваясь друг с другом. И всё же это лишь малая часть среднего расстояния (384 400 км) до Луны.

Спасибо за прочтение! Подписывайтесь, ставьте лайки!