космос

Слои атмосферы (не в масштабе)

Пространство относится к пространству между небесными телами . В атмосферах твердых и газообразных небесных тел (например, звезд и планет ) не имеют фиксированного верхнего предела, но постепенно становится тоньше с увеличением расстояния от небесного тела. Выше определенной высоты говорят о начале пространства.

В космосе высокий вакуум с низкой плотностью частиц. Однако это не пустое пространство, а содержит газы , космическую пыль и элементарные частицы ( нейтрино , космическое излучение , частицы), а также электрические и магнитные поля , гравитационные поля и электромагнитные волны ( фотоны ). Практически полный вакуум в космосе делает его чрезвычайно прозрачным и позволяет наблюдать очень далекие объекты, например, другие галактики . Однако туманности, состоящие из межзвездной материи, также могут сильно затруднять обзор объектов позади них.

Концепцию пространства нельзя отождествлять со вселенной , которая является германизированным названием вселенной в целом и, таким образом, включает в себя все , включая сами звезды и планеты. Тем не менее, немецкое слово «Weltall» или «Все» используется в разговорной речи со значением «Weltraum».

Исследование космоса называется исследованием космоса . Путешествие или транспорт в космосе или через него известны как космические путешествия .

Переход в космос

Переходная зона между атмосферой Земли и космосом на фоне полумесяца . Фотография сделана с МКС .

Переход между земной атмосферой и космосом плавный . Международной авиационной федерации (FAI) определяет границу в пространстве со скоростью 100 км над уровнем моря , на линии Кармана . На этой высоте скорость, необходимая для получения подъемной силы для полета, такая же, как орбитальная скорость спутника , так что выше этой линии больше не имеет смысла говорить об авиации . В отличие от НАСА , ВВС США уже определяют высоту 50 миль (около 80 км) как начало космоса. Обе высоты, предложенные в качестве пределов, относятся к высокой атмосфере . Какого-либо международного закона, обязательного по высоте края космоса, не существует.

Другое определение высоты, которое обсуждается, - это минимально возможная высота перигея спутника Земли, поскольку тонкая атмосфера оказывает тормозящий эффект, которым нельзя пренебречь даже на высоте более 100 километров. Минимально возможная высота перигея для космического корабля с двигательной установкой, вращающейся вокруг Земли по эллиптической орбите, составляет около 130 километров. Для космического корабля без двигателя это около 150 километров. Но даже на высоте 400 километров, на высоте Международной космической станции , все еще ощущается тормозящий эффект атмосферы, из-за чего МКС постоянно теряет высоту и ее приходится многократно переводить на более высокую орбиту пристыкованными космическими кораблями.

Линия Кармана Венеры составляет около 250 километров, Марса - около 80 километров. В небесных телах, у которых нет или почти нет атмосферы, таких как Меркурий , Луна Земли или астероиды , космос начинается непосредственно на поверхности тела.

Когда космический аппарат повторно войти в атмосферу, повторный ввод высота определяется для расчета траектории полета , так что влияние атмосферы практически пренебрежимо мал до точки повторного входа; с этого момента это должно быть учтено. Обычно уровень повторного входа равен или выше линии Кармана. НАСА использует 400 000 футов (около 122 км) в качестве высоты входа Земли.

Области

В магнитосфере экранирует Землю от солнечного ветра : сжатый лук ударной волны создаются на день стороны и длинный магнитный хвост на ночной стороне.

Существуют большие различия в пространстве между околоземным пространством, межпланетным пространством , межзвездным пространством , межгалактическим пространством и пустотами .

Околоземное пространство

В околоземном пространстве, также известном как геопространство , доминирует магнитное поле Земли (а не магнитное поле Солнца ). Он простирается от верхних областей атмосферы до границ земной магнитосферы . Он измеряет около десяти земных радиусов (около 60 000 км) на солнечной стороне и около ста радиусов Земли (600 000 км) на ночной стороне в виде длинного хвоста. Земная магнитосфера отклоняет солнечный ветер, уходящий от Солнца вокруг Земли, и тем самым защищает его от большей части потока частиц, опасных для живых существ. Лишь небольшая часть солнечного ветра достигает атмосферы Земли около полюсов, где она становится видимой как северное сияние.

Изменения межпланетной среды в околоземном пространстве известны как космическая погода . Основными причинами этого являются изменения в солнечном ветре и космические лучи в Млечном Пути . Из-за этих влияний потоки вещества, частиц и излучения попадают в окружающую среду Земли через нерегулярные промежутки времени.

Не все небесные тела обладают такими магнитными полями. Например, Луна подвергается воздействию солнечного ветра без защиты.

Внутренняя область земной магнитосферы - это тороидальная плазменная сфера, заполненная относительно холодной плазмой (показана красным на соседнем рисунке). Существует также тороидальный излучение пояса в магнитосфере Земли , в Ван Аллена пояса . В этой части околоземного космического пространства преобладает жесткое ионизирующее излучение .

Межпланетное пространство

Нажмите на изображение, чтобы узнать его : « Космический корабль Земля » в виде крошечной «бледно-голубой точки » в межпланетном пространстве, полученный с расстояния около 40,5 а.е. (примерно 6 миллиардов км) космического корабля « Вояджер-1» 14 февраля 1990 года. цветные полосы - это дифракционные картины от объектива камеры.

Гелиосферы под действием межзвездного газа

Межпланетное пространство - это пространство в нашей солнечной системе, заполненное межпланетной пылью , солнечным ветром и магнитным полем Солнца . Магнитное поле Солнца взаимодействует с солнечным ветром и во многом определяет его течение. И наоборот, солнечный ветер, как электропроводящая плазма, также проводит и усиливает магнитное поле Солнца.

Межпланетное пространство - это пространство внутри гелиосферы до пограничного слоя гелиопаузы . Гелиосфера имеет оценочный радиус от 110 до 150 а.е. и, в свою очередь, защищает солнечную систему и планеты от частиц космических лучей очень высокой энергии.

Межзвездное пространство

Межзвездное газопылевое облако длиной около светового года

Места рождения темных звезд в туманности Орла

Межзвездное пространство описывает пространство между астропаузами звезд внутри галактики . Он наполнен межзвездным веществом и галактическим магнитным полем. Межзвездное вещество играет важную роль в астрофизике , поскольку оно создает звезды, которые вместе со звездными ветрами и сверхновыми звездами также высвобождают материю в межзвездное пространство.

В межзвездном пространстве есть области с более высокой плотностью частиц, которые называются межзвездными облаками . Различие между различными типами таких облаков в зависимости от их плотности, размера и температуры: в HI областях водорода нейтрально атомарный, в областях Н-II ионизируется атомарно (состояние плазмы из отдельных протонов), так и в молекулярных облаках в виде молекулярного водорода (H ₂ ). Гравитационное сжатие создает новые звездные системы из молекулярных облаков. Наша солнечная система тоже возникла из такого облака, изначального облака .

Плотность вещества в межзвездной среде может сильно различаться. В среднем это около 10 ⁶ частиц на кубический метр, но в холодных молекулярных облаках может быть от 10 ⁸ до 10 ¹² частиц на кубический метр. Гигантские молекулярные облака могут иметь массу в миллионы раз больше массы Солнца и составлять значительную часть массы межзвездной среды.

, Когда скорость звезды относительно велика, чтобы межзвездная среда на границах разломов Астро, могут возникнуть ударные фронты (англ. Bow shocks ). В случае Солнца скорость, вероятно, слишком мала для этого, поэтому вместо головной ударной волны предполагается только относительно мягкая головная волна .

12 сентября 2013 года НАСА объявило, что космический корабль « Вояджер-1» покинул гелиосферу 25 августа 2012 года, когда было зарегистрировано внезапное увеличение плотности плазмы. "Вояджер-1" был первым созданным человеком объектом, достигшим межзвездного пространства. Сводный зонд "Вояджер-2" покинул гелиосферу вторым объектом 5 ноября 2018 года.

Солнце пересекает местную чешуйку около 100 000 лет , область в межзвездном пространстве с более высокой плотностью, чем его окружение, и, как ожидается, снова покинет ее через 10 000–20 000 лет. Местная чешуйка расположена внутри местного пузыря , области Млечного Пути с меньшей плотностью.

Межгалактическое пространство

Компьютерное моделирование пространства 43 × 43 × 43 мегапарсек : оно показывает в логарифмической временной промежутке, как области с большей плотностью материи сжимаются под действием силы тяжести , создавая космические пустоты .

Межгалактическое пространство - это пространство между галактиками. Большая часть Вселенной - это межгалактическое пространство. Межгалактическая среда состоит в основном из ионизированного водородного газа / плазмы (HII), то есть из равного количества свободных протонов и электронов.

Межгалактическая среда между галактиками не распределена равномерно, а существует в виде нитевидных соединений, нитей . В их узлах расположены скопления и сверхскопления галактик . Между нитями есть огромные пустоты с гораздо меньшей плотностью вещества, называемые пустотами . Пустоты содержат всего несколько галактик. Нити и пустоты - самые большие известные в настоящее время структуры во Вселенной.

Межгалактическая среда делится на два типа. Газ, который течет из пустот в область волокон, нагревается до температур от 10 ⁵  К до 10 ⁷  К. Он достаточно горячий, чтобы при столкновении атомов электроны отделялись от ядер водорода, поэтому он существует в виде ионизированной плазмы. Это называется теплой межгалактической средой (WHIM). (Хотя плазма очень горячая по земным стандартам, 10 ⁵  K часто называют «теплой» в астрофизике .) Компьютерное моделирование и наблюдения показывают, что до половины всей атомной массы во Вселенной существует в этой разбавленной, теплой-горячей состояние плазмы.

Когда газ течет из нитевидных структур WHIM в узлы космических нитей, он нагревается еще больше и достигает температур от 10 ⁷  K до 10 ⁸  K, а иногда и выше. Эта межгалактическая среда называется внутрикластерной средой (ICM). Его можно наблюдать по сильному излучению рентгеновских лучей .

Температура пространства

Самому помещению нельзя присвоить никакой температуры , только его материю и действующее в ней излучение . Вещество (очень тонко распределенное) в космосе может иметь очень высокие температуры. Верхняя атмосфера Земли достигает температуры около 1400  Кельвинов . Межгалактическая плазма с плотностью менее одного атома водорода на кубический метр может достигать температуры в несколько миллионов Кельвинов; в скоплении галактик, таком как скопление Персея, тоже 100 миллионов Кельвинов. Высокая температура является результатом высокой скорости частиц. Это проявляется, например, в сильных рентгеновских лучах, исходящих от такой горячей межгалактической плазмы. Однако обычный термометр показал бы температуру, близкую к абсолютному нулю , поскольку плотность частиц слишком мала, чтобы обеспечить измеримый перенос тепла .

Фоновое микроволновое излучение, измеренное во всех направлениях, составляет 2,725 Кельвина (−270,425 ° C) и является теоретической равновесной температурой вещества, если оно не генерирует собственное тепловое излучение за счет преобразования энергии . Из-за эффекта Джоуля-Томсона есть также более холодные области. Самая низкая естественная температура тумана бумеранга составляет минус 272 градуса по Цельсию - всего на один градус выше абсолютного нуля.

Твердые тела в околоземном или межпланетном пространстве испытывают сильное излучение тепла со своей стороны, обращенной к Солнцу, и сильного холода со своей стороны, обращенной от Солнца, потому что там они сами излучают свою тепловую энергию в космос. Например, поверхность Луны на Земле может достигать температуры до 130 ° C на стороне, обращенной к Солнцу, а на стороне, обращенной от Солнца, температура опускается до -160 ° C. Точно так же, например, космический костюм с астронавтом , который берет в внешнюю миссию на международной космической станции , получает около 100 ° C на стороне , обращенной к солнцу. На ночной стороне Земли солнечное излучение затенено, а слабое инфракрасное излучение Земли позволяет скафандру остыть примерно до -100 ° C.

Пространство и невесомость

Вопреки тому, что часто думают обыватели, в космосе нет общей невесомости . Гравитационная сила взаимного притяжения масс действует везде и над большими расстояниями. Невесомость всегда возникает в космосе, когда тело испытывает только гравитационные ускорения, так что оно находится в свободном падении . При необходимости свободное падение выводит тело по орбите вокруг небесного тела.

Каждый раз, когда космический корабль ускоряется или тормозит сам по себе, он больше не находится в свободном падении, и может ощущаться сила ускорения ( перегрузка ). Вращающееся тело также испытывает центробежную силу , соответствующую его размеров и скорости вращения . Обе силы вызваны инерцией тела.

Когда тело сдерживается при падении, оно испытывает тяжесть от противодействия . В случае планеты или луны без атмосферы (например , Луны Земли ) пространство простирается до земли. Таким образом, все объекты на поверхности небесного тела одновременно находятся в космосе. Поскольку их падение сдерживается землей, они испытывают не невесомость, а обычную гравитацию небесного тела.

Человек в космосе

• См. Также ответственность за космос , космическая колонизация , космический туризм , космические войска , космическое оружие , космический век

Космическое путешествие

Первый снимок из космоса, сделанный с высоты около 105 км с модифицированного White-Sands - A4 , 24 октября 1946 г.

Астронавт Брюс МакКэндлесс (1984)

История космических путешествий начинается с разработки ракеты и ракетной техники , особенно ракетных двигателей . См. Список списков запуска пусковой установки .

Беспилотные космические путешествия

Первые искусственные объекты прорвать границы в космос были баллистическая артиллерия Ракетного оружия по Aggregat 4 типа ( «A4» для краткости), которые были разработаны в Германской империи под руководством Вернера фон Брауна во время Второй мировой войны и использовались в военных целях с 1942 г. В 1944 году нацистская пропаганда окрестила эту ракетную модель « Vergeltungswaffe 2», или сокращенно «V2».

В рамках операции «Облачность» и последующих программ ведущие немецкие ракетные инженеры, в том числе Вернер фон Браун, были переброшены в США после Второй мировой войны. С захваченной техникой A4 и немецкими инженерами начались космические разработки в США.

Постсоветское пространство также имел свое начало в ракете немецкий A4, который после 1945 года, в сопровождении ряда ракетных инженеров, пришел в качестве военного трофея в Советском Союзе. Под руководством Сергея Павловича Королджова сначала была скопирована A4, а с 1950 года - первая в мире межконтинентальная баллистическая ракета и ракета-носитель R-7, разработанная и использованная с 1953 года. Первый искусственный спутник Земли, Спутник-1 , был запущен в 1957 году с помощью ракеты-носителя Р-7 . Это давало понять, что Советский Союз технологически был не меньше США в развитии космических путешествий (« шок от спутника »).

В беспилотных космических путешествиях, среди прочего, ракет - носителей, искусственных спутников , космических аппаратов и космических телескопов используются в качестве космического аппарата .

Пилотируемый космический полет

Пилотируемые начался в эпохе холодной войны во время « космической гонке » между враждующими сверхдержавами США и Советским Союзом . Первым человеком в космосе стал советский космонавт Юрий Гагарин 12 апреля 1961 года . Первым астронавтом США, побывавшим в космосе несколькими неделями позже, 5 мая 1961 года, был Алан Шепард ; Первой (и долгое время единственной) женщиной в космосе стала Валентина Владимировна Терешкова в 1963 году . В 1965 году Алексей Леонов был первым человеком, который покинул свой космический корабль в скафандре и свободно парил в космосе во время внешней миссии. Первый немец 1978 года Зигмунд Йен ; первый австриец в 1991 году Франц Фибек и первый (и пока единственный) швейцарец в 1992 году Клод Николье .

Под руководством Вернера фон Брауна семейство ракет Saturn было разработано для гражданского федерального агентства США NASA в рамках американской программы Apollo . Эти мощные ракеты-носители, которые начали использоваться в 1961 году и закончились в 1975 году, были первым и пока единственным случаем, когда люди были выведены за пределы низкой околоземной орбиты. Всего на Луну на ракетах «Сатурн» было доставлено 24 астронавта, 12 из которых вышли на поверхность Луны. Советский лунная пилотируемая программа была прекращена после того, как 4 фальшстартов крупной N1 ракеты без космонавта Поставив ногу на Луне.

В пилотируемых космических путешествиях используются ракеты-носители, космические корабли, космические шаттлы , космические самолеты и космические станции .

Космическое право

Отрасль права , связанная с национальной и международной деятельностью в космосе, называется космическим правом.

Договор по космосу, принятый Организацией Объединенных Наций в 1967 году ( Договор о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела ), является основополагающим договором космического права.

Разработка сырья

Метеориты позволяют делать выводы о химическом составе астероидов.

Предполагается, что сырье, такое как горные породы , драгоценные металлы или редкоземельные элементы, можно найти на небесных телах в космосе в значительной степени и с большой экономической ценностью. Например, околоземные астероиды на 30% состоят из металлов, таких как железо и никель , и меньшего количества кобальта , золота или платины .

Майнинг в космосе по-прежнему остается не более чем собирательным термином для соответствующих видений и концепций будущего.

В 2014 году исследователи ЕКА представили идеи экономического развития Луны на научной конференции ESOF в Копенгагене .

В 2015 году США приняли закон о коммерческом использовании камней в космосе для своих граждан. Американская компания Deep Space Industries (DSI), которая стремится развивать этот потенциальный сектор, провела в 2016 году параллели с историческим захватом земель на Диком Западе и золотой лихорадкой в Калифорнии в 19 ​​веке, чтобы привлечь инвесторов.

В ноябре 2016 года небольшое государство ЕС Люксембург представило законопроект о добыче сырья в космосе, который призван дать исследователям и инвесторам юридическую уверенность в отношении прав собственности на космический материал. Инициатива Space Resources , основанная Люксембургом, направлена ​​на добычу сырья, такого как металлы и минералы , а также воды из небесных тел, расположенных близко к Земле. Их следует использовать в первую очередь в космосе для космических путешествий и создать новую космическую отрасль : воду и кислород можно будет использовать в качестве топлива для космических аппаратов, или космонавтов можно будет снабжать водой, обнаруженной на астероидах. Американские компании, такие как DSI и Planetary Resources (PR), уже открыли европейские офисы в Люксембурге. Правительство Люксембурга изначально продвигает «космическую добычу полезных ископаемых» на сумму 200 миллионов евро.

Смотри тоже

• Список космонавтов , космическая нация

Индивидуальные доказательства