Земля — это уникальная планета, окружающая нас атмосферой, которая служит защитным барьером от многих опасностей внешнего космоса. Мы привыкли думать, что атмосфера как бы “заполняет” всё пространство вокруг Земли, обеспечивая нас кислородом, защитой от радиации и регулируя климат. Но где именно эта атмосфера заканчивается и начинается космос? Этот вопрос не так прост, как может показаться на первый взгляд, и на протяжении истории ученые пытались найти точные границы между двумя этими мирами. В этой статье мы разберем, что такое атмосфера Земли, как ее делят на слои, где проходят ее границы и какие особенности перехода от атмосферы к космосу.
1. Что такое атмосфера Земли?
Атмосфера Земли — это слой газа, окружающий нашу планету, который удерживается на поверхности силой гравитации. Этот слой необходим для существования жизни, так как он содержит кислород для дыхания, азот, углекислый газ и другие вещества, которые поддерживают процессы, происходящие на Земле. Атмосфера также защищает нас от вредного космического излучения и метеоритов.
Существует несколько различных слоев атмосферы, каждый из которых имеет свои особенности. На высоте до 100 км от поверхности Земли находятся важнейшие слои атмосферы, которые обеспечивают жизнедеятельность на планете, регулируют климат и поглощают солнечное излучение. Эти слои также влияют на то, где заканчивается атмосфера Земли и начинается космос.
2. Структура атмосферы Земли
Атмосфера Земли состоит из нескольких слоев, каждый из которых имеет свою роль в защите нашей планеты и создании условий для жизни. Эти слои отличаются температурой, плотностью и составом, и с каждым повышением высоты их характеристики изменяются.
2.1. Тропосфера
Тропосфера — это самый нижний слой атмосферы, который простирается от поверхности Земли до высоты около 10-15 км. Именно в тропосфере происходят все погодные явления — облака, дожди, грозы, а также циркуляция воздуха. В тропосфере температура обычно уменьшается с высотой, и это именно тот слой, в котором мы живем.
2.2. Стратосфера
Стратосфера находится выше тропосферы, примерно на высоте 10-50 км. Этот слой важен тем, что в нем находится озоновый слой, который поглощает опасное ультрафиолетовое излучение Солнца, защищая жизнь на Земле. В стратосфере температура начинает увеличиваться с высотой, что связано с поглощением солнечной радиации озоновым слоем.
2.3. Мезосфера
Мезосфера расположена выше стратосферы, на высоте 50-85 км. Это слой, где происходит сгорание большинства метеоритов, когда они входят в атмосферу. Температура в мезосфере снова уменьшается с высотой, достигая минимальных значений около 80 км.
2.4. Термосфера
Термосфера начинается на высоте около 85 км и простирается до 500-1000 км. В этом слое атмосферы молекулы газа очень разрежены, но они сильно нагреваются из-за поглощения солнечного излучения. Температура в термосфере может достигать 1500-2000°C. Это также слой, где происходят полярные сияния — явление, вызванное взаимодействием солнечных ветров с атмосферой.
2.5. Экзосфера
Экзосфера — это самый верхний слой атмосферы, который начинается примерно на высоте 500-1000 км и продолжается до 10 000 км. В этом слое молекулы газа настолько разрежены, что они могут почти свободно перемещаться, а сам слой плавно переходит в вакуум космоса. В экзосфере частички, такие как атомы водорода и гелия, могут покидать Землю и уходить в космос. Температура в экзосфере резко колеблется, но из-за разреженности газа ее трудно измерить.
3. Где заканчивается атмосфера и начинается космос?
Итак, где же заканчивается атмосфера и начинается космос? На этот вопрос нет единого ответа, поскольку различные ученые и организации предлагают разные определения в зависимости от контекста. Однако в большинстве случаев принято делить пространство вблизи Земли на несколько зон, исходя из изменений в плотности атмосферы, температуры и других факторов.
3.1. Линия Кармана: 100 км
Одним из наиболее признанных ориентиров для границы между атмосферой и космосом является линия Кармана — условная линия, находящаяся на высоте 100 км над уровнем моря. Она была предложена венгерским инженером Теодором Карманом в 1950 году, и до сих пор она служит международно признанным ориентиром для разделения атмосферы Земли и космоса.
Линия Кармана является удобной границей, потому что именно на этой высоте атмосфера становится настолько разреженной, что воздушные судна уже не могут поддерживать необходимую подъемную силу с помощью аэродинамических сил. В этом смысле, выше 100 км начинается космос, так как воздушные силы, которые поддерживают полет самолетов, больше не действуют.
3.2. Низкая орбита Земли
Согласно другой точке зрения, космос начинается не только на высоте 100 км, но и там, где начинается низкая орбита Земли — примерно на высоте 160-200 км. Именно на этой высоте начинают работать искусственные спутники и орбитальные станции. Примером является Международная космическая станция (МКС), которая вращается на орбите на высоте около 400 км.
4. Что происходит при выходе в космос?
Когда человек или объект выходит за пределы атмосферы и попадает в космос, происходят несколько значительных изменений:
- Отсутствие кислорода: В космосе нет кислорода, и дыхание становится невозможным без специального оборудования. Это является основной причиной, по которой человек не может существовать в открытом космосе без скафандра.
- Отсутствие давления: Как уже упоминалось, космос — это вакуум, и отсутствие внешнего давления оказывает разрушительное влияние на человеческое тело. Без защиты, органы, такие как легкие и сердце, не могут функционировать.
- Радиация: Космос излучает высокоэнергетические частицы, которые могут повредить ткани и клетки организма. На Земле мы защищены от этого излучения атмосферой и магнитным полем.
- Температурные колебания: В космосе температурные колебания могут быть экстремальными. В тени температура может опуститься до -270°C, в солнечных лучах — подняться до 120°C. Без защитного скафандра такие колебания смертельны.
5. Заключение: переход от атмосферы к космосу
Ответ на вопрос, где заканчивается атмосфера и начинается космос, зависит от точки зрения. Обычно граница считается на высоте 100 км, но существуют и другие определения, такие как высота, на которой начинается низкая орбита Земли. Однако, независимо от того, где именно проходит эта граница, очевидно одно: космос и атмосфера Земли — это два совершенно разных мира. Космос начинается там, где воздух становится настолько разреженным, что человеческое тело не может существовать без внешней поддержки, и где условия становятся непригодными для жизни.
Эта граница является важным ориентиром не только для астрономии и физики, но и для нашей повседневной жизни. Технологии, позволяющие нам исследовать космос, спасают жизни, открывают новые возможности для науки и инженерии, а также помогают лучше понять наш мир и место в этой безбрежной Вселенной.