Przestrzeń kosmiczna - Outer space

Interfejs między powierzchnią Ziemi a przestrzenią kosmiczną. Linia Kármán na wysokości 100 km (62 mi) jest pokazany na rysunku. Warstwy atmosfery są rysowane w skali, podczas gdy znajdujące się w nich obiekty, takie jak Międzynarodowa Stacja Kosmiczna , nie.

Przestrzeń kosmiczna to przestrzeń istniejąca poza Ziemią i pomiędzy ciałami niebieskimi . Przestrzeń zewnętrzna nie jest całkowicie pusta, to jest próżni zawierającą małą gęstość cząstek, w przeważającej mierze w osoczu z wodoru i helu , a także promieniowanie elektromagnetyczne , pola magnetyczne , neutrinów , pył i promieni kosmicznych . Podstawowa temperatura przestrzeni kosmicznej, wyznaczona przez promieniowanie tła z Wielkiego Wybuchu , wynosi 2,7 kelwina (-270,45 °C; -454,81 °F). Uważa się, że plazma między galaktykami stanowi około połowy materii barionowej (zwykłej) we Wszechświecie, o gęstości liczbowej mniejszej niż jeden atom wodoru na metr sześcienny i temperaturze milionów kelwinów. Lokalne skupiska materii skondensowały się w gwiazdy i galaktyki . Badania wskazują, że 90% masy większości galaktyk jest w nieznanej formie, zwanej ciemną materią , która oddziałuje z inną materią poprzez siły grawitacyjne, ale nie elektromagnetyczne . Obserwacje sugerują, że większość energii masowej w obserwowalnym wszechświecie to ciemna energia , rodzaj energii próżni, który jest słabo poznany. Przestrzeń międzygalaktyczna zajmuje większość objętości wszechświata , ale nawet galaktyki i układy gwiezdne składają się prawie wyłącznie z pustej przestrzeni.

Przestrzeń kosmiczna nie zaczyna się na określonej wysokości nad powierzchnią Ziemi. Linia Kármán , wysokość 100 km (62 mil) nad poziomem morza, jest konwencjonalnie używana jako początek przestrzeni kosmicznej w traktatach kosmicznych i do prowadzenia rejestrów lotniczych. Ramy międzynarodowego prawa kosmicznego ustanowił Traktat o Przestrzeni Kosmicznej , który wszedł w życie 10 października 1967 r. Traktat ten wyklucza wszelkie roszczenia dotyczące suwerenności narodowej i pozwala wszystkim państwom na swobodne eksplorowanie przestrzeni kosmicznej . Pomimo opracowywania rezolucji ONZ dotyczących pokojowego wykorzystania przestrzeni kosmicznej, na orbicie okołoziemskiej testowano broń antysatelitarną .

Ludzie zaczęli fizyczną eksplorację kosmosu w XX wieku wraz z pojawieniem się lotów balonem na dużych wysokościach . Potem nastąpiły załogowe loty rakietowe , a następnie załogowa orbita Ziemi , po raz pierwszy osiągnięta przez Jurija Gagarina ze Związku Radzieckiego w 1961 roku. Ze względu na wysokie koszty dostania się w kosmos, ludzkie loty kosmiczne zostały ograniczone do niskiej orbity Ziemi i Księżyca . Z drugiej strony, uncrewed sonda osiągnęła wszystkich znanych planet w Układzie Słonecznym .

Przestrzeń kosmiczna stanowi trudne środowisko do eksploracji przez człowieka ze względu na zagrożenia związane z próżnią i promieniowaniem . Mikrograwitacja ma również negatywny wpływ na fizjologię człowieka , powodując zarówno zanik mięśni, jak i utratę kości . Oprócz tych problemów zdrowotnych i środowiskowych, koszty ekonomiczne umieszczania obiektów, w tym ludzi, w kosmosie są bardzo wysokie.

Formacja i państwo

Jest to koncepcja artysty metrycznego rozszerzania przestrzeni , gdzie objętość Wszechświata jest reprezentowana w każdym przedziale czasowym przez przekroje kołowe. Po lewej pokazano szybką inflację od stanu początkowego, po której następuje stabilniejsza ekspansja do dnia dzisiejszego, pokazana po prawej.

Rozmiar całego wszechświata jest nieznany, a jego zasięg może być nieskończony. Zgodnie z teorią Wielkiego Wybuchu, bardzo wczesny Wszechświat był ekstremalnie gorącym i gęstym stanem około 13,8 miliarda lat temu, który gwałtownie się rozszerzył . Około 380 000 lat później Wszechświat ochłodził się wystarczająco, aby umożliwić protonom i elektronom łączenie się i tworzenie wodoru — w tak zwanej epoce rekombinacji . Kiedy tak się stało, materia i energia zostały oddzielone, umożliwiając fotonom swobodne przemieszczanie się przez nieustannie rozszerzającą się przestrzeń. Materia, która pozostała po początkowej ekspansji, uległa zapadnięciu grawitacyjnemu, tworząc gwiazdy , galaktyki i inne obiekty astronomiczne , pozostawiając po sobie głęboką próżnię, która tworzy to, co obecnie nazywamy przestrzenią kosmiczną. Ponieważ światło ma skończoną prędkość, teoria ta ogranicza również rozmiar bezpośrednio obserwowalnego wszechświata.

Dzisiejszy kształt Wszechświata został określony na podstawie pomiarów kosmicznego mikrofalowego tła za pomocą satelitów, takich jak Wilkinson Microwave Anisotropy Probe . Obserwacje te wskazują, że geometria przestrzenna obserwowalnego wszechświata jest „ płaska ”, co oznacza, że ​​fotony na równoległych ścieżkach w jednym punkcie pozostają równoległe, gdy przechodzą przez przestrzeń do granicy obserwowalnego wszechświata, z wyjątkiem lokalnej grawitacji. Płaski Wszechświat w połączeniu ze zmierzoną gęstością masy Wszechświata i przyspieszającą ekspansją Wszechświata wskazuje, że przestrzeń ma niezerową energię próżni , którą nazywamy ciemną energią .

Szacunki określają średnią gęstość energii obecnego Wszechświata na równowartość 5,9 protonów na metr sześcienny, w tym ciemną energię, ciemną materię i materię barionową (zwykłą materię złożoną z atomów). Atomy stanowią tylko 4,6% całkowitej gęstości energii, czyli gęstość jednego protonu na cztery metry sześcienne. Gęstość Wszechświata wyraźnie nie jest jednolita; waha się od stosunkowo dużej gęstości w galaktykach – w tym bardzo dużej gęstości w strukturach w galaktykach, takich jak planety, gwiazdy i czarne dziury – do warunków w rozległych pustkach, które mają znacznie mniejszą gęstość, przynajmniej pod względem widzialnej materii. W przeciwieństwie do materii i ciemnej materii, ciemna energia nie wydaje się być skoncentrowana w galaktykach: chociaż ciemna energia może stanowić większość masy-energii we Wszechświecie, jej wpływ jest o 5 rzędów wielkości mniejszy niż wpływ grawitacji materii i ciemna materia w Drodze Mlecznej.

Środowisko

Czarne tło ze świetlistymi kształtami o różnych rozmiarach rozrzuconymi losowo.  Zazwyczaj mają białe, czerwone lub niebieskie odcienie.
Część obrazu Hubble'a Ultra-Deep Field przedstawiająca typowy wycinek przestrzeni zawierający galaktyki poprzecinane głęboką próżnią. Ze względu na skończoną prędkość światła , pogląd ten obejmuje minione 13 miliardów lat z historii kosmosu.

Przestrzeń kosmiczna jest najbliższym znanym przybliżeniem doskonałej próżni . W rzeczywistości nie ma tarcia , co pozwala gwiazdom, planetom i księżycom swobodnie poruszać się po ich idealnych orbitach , po początkowym etapie formowania . Głęboka próżnia przestrzeni międzygalaktycznej nie jest pozbawiona materii , ponieważ zawiera kilka atomów wodoru na metr sześcienny. Dla porównania, powietrze, którym oddychają ludzie, zawiera około 10 25 cząsteczek na metr sześcienny. Niska gęstość materii w zewnętrznych środków kosmicznych że promieniowanie elektromagnetyczne mogą podróżować na duże odległości bez rozproszone: the średnia droga swobodna z fotonu w przestrzeni międzygalaktycznej wynosi około 10 23  km lub 10 miliardów lat świetlnych. Mimo to wymieranie , czyli pochłanianie i rozpraszanie fotonów przez pył i gaz, jest ważnym czynnikiem w astronomii galaktycznej i międzygalaktycznej .

Gwiazdy, planety i księżyce zachowują swoją atmosferę dzięki przyciąganiu grawitacyjnemu. Atmosfera nie ma wyraźnie wyznaczonej górnej granicy: gęstość gazu atmosferycznego stopniowo maleje wraz z odległością od obiektu, aż staje się nie do odróżnienia od przestrzeni kosmicznej. Ciśnienie atmosferyczne Ziemi spada do około 0,032 Pa na 100 km (62 mil) wysokości, w porównaniu do 100 000 Pa według definicji ciśnienia standardowego Międzynarodowej Unii Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC) . Powyżej tej wysokości, izotropowy ciśnienie gazu szybko staje się nieistotne w porównaniu do ciśnienia promieniowania ze Słońca i ciśnienia dynamicznego z wiatrem słonecznym . Termosferę w zakres ten dużych gradientów ciśnienia, temperatury i składu, i zmienia się znacznie z powodu przestrzeni pogody .

Temperaturę przestrzeni kosmicznej mierzy się w kategoriach aktywności kinetycznej gazu, tak jak na Ziemi. Promieniowanie przestrzeni kosmicznej ma inną temperaturę niż temperatura kinetyczna gazu, co oznacza, że ​​gaz i promieniowanie nie znajdują się w równowadze termodynamicznej . Cały obserwowalny wszechświat wypełniony jest fotonami, które powstały podczas Wielkiego Wybuchu , znanego jako kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła (CMB). (Jest całkiem prawdopodobne, że istnieje odpowiednio duża liczba neutrin zwanych kosmicznym tłem neutrin .) Obecna temperatura ciała doskonale czarnego promieniowania tła wynosi około 3  K (-270  °C ; -454  °F ). Temperatury gazu w przestrzeni kosmicznej mogą się znacznie różnić. Na przykład temperatura w Mgławicy Bumerang wynosi 1 K, podczas gdy korona słoneczna osiąga temperatury ponad 1,2-2,6 mln K.

Pola magnetyczne zostały wykryte w przestrzeni wokół niemal każdej klasy obiektów niebieskich. Tworzenie gwiazda galaktyk spiralnych generuje małą skalę dynama , tworząc wzburzone natężenia pola magnetycznego około 5-10 jj, G . Efekt Davisa-Greensteina powoduje, że wydłużone ziarna pyłu dopasowują się do pola magnetycznego galaktyki, co powoduje słabą polaryzację optyczną . Zostało to wykorzystane do wykazania, że ​​uporządkowane pola magnetyczne istnieją w kilku pobliskich galaktykach. Procesy magnetohydrodynamiczne w aktywnych galaktykach eliptycznych wytwarzają charakterystyczne dżety i płaty radiowe . Nietermiczne źródła radiowe zostały wykryte nawet wśród najbardziej odległych źródeł o wysokim z , co wskazuje na obecność pól magnetycznych.

Poza ochronną atmosferą i polem magnetycznym istnieje niewiele przeszkód w przejściu przez przestrzeń energetycznych cząstek subatomowych zwanych promieniami kosmicznymi. Cząstki te mają energię w zakresie od około 10 6  eV się na biegunie 10 20  eV o promieniowania kosmicznego o wysokiej energii . Strumień szczytowy promieni kosmicznych występuje przy energii około 10 9  eV w przybliżeniu 87% protonów 12% helu jądra i 1% cięższe jądra. W zakresie wysokich energii strumień elektronów wynosi tylko około 1% strumienia protonów. Promienie kosmiczne mogą uszkodzić elementy elektroniczne i stanowić zagrożenie dla zdrowia kosmicznych podróżników. Według astronautów, takich jak Don Pettit , kosmos ma zapach spalenizny/metaliczny, który przylega do ich skafandrów i wyposażenia, podobnie jak zapach palnika do spawania łukowego .

Wpływ na biologię i ludzkie ciała

Dolna połowa przedstawia niebieską planetę z niejednolitymi białymi chmurami.  W górnej części znajduje się mężczyzna w białym skafandrze kosmicznym i jednostka manewrująca na czarnym tle.
Ze względu na zagrożenia związane z próżnią astronauci muszą nosić skafander kosmiczny pod ciśnieniem , gdy znajdują się poza Ziemią i poza swoim statkiem kosmicznym.

Pomimo surowego środowiska, znaleziono kilka form życia, które mogą wytrzymać ekstremalne warunki kosmiczne przez dłuższy czas. Gatunki porostów przenoszone w zakładzie ESA BIOPAN przetrwały 10 dni ekspozycji w 2007 roku. Nasiona Arabidopsis thaliana i Nicotiana tabacum kiełkowały po wystawieniu na działanie przestrzeni przez 1,5 roku. Szczep Bacillus subtilis przetrwał 559 dni, gdy został wystawiony na niską orbitę okołoziemską lub w symulowanym środowisku marsjańskim. Lithopanspermia hipoteza sugeruje, że skały wyrzucone w przestrzeń kosmiczną z życia, ukrywanie planet mogą z powodzeniem przewozić formy życia do innego świata mieszkalnej. Przypuszcza się, że taki scenariusz miał miejsce na początku historii Układu Słonecznego, kiedy to między Wenus, Ziemią i Marsem wymieniano potencjalnie niosące mikroorganizmy skały.

Nawet na stosunkowo niskich wysokościach w atmosferze ziemskiej warunki są nieprzyjazne dla ludzkiego ciała. Wysokość, na której ciśnienie atmosferyczne odpowiada ciśnieniu pary wodnej w temperaturze ludzkiego ciała, nazywana jest linią Armstronga , nazwaną na cześć amerykańskiego lekarza Harry'ego G. Armstronga . Znajduje się na wysokości około 19,14 km (11,89 mil). Na linii Armstronga lub powyżej, płyny w gardle i płucach odparowują. Dokładniej, odsłonięte płyny ustrojowe, takie jak ślina, łzy i płyny w płucach, gotują się. Dlatego na tej wysokości przetrwanie człowieka wymaga skafandra ciśnieniowego lub kapsuły ciśnieniowej.

W kosmosie nagła ekspozycja niezabezpieczonego człowieka na bardzo niskie ciśnienie , na przykład podczas gwałtownej dekompresji, może spowodować uraz ciśnieniowy płuc — pęknięcie płuc z powodu dużej różnicy ciśnień między klatką piersiową a zewnętrzną. Nawet jeśli drogi oddechowe pacjenta są całkowicie otwarte, przepływ powietrza przez tchawicę może być zbyt wolny, aby zapobiec pęknięciu. Gwałtowna dekompresja może spowodować pęknięcie bębenków usznych i zatok, w tkankach miękkich mogą wystąpić siniaki i wyciek krwi, a wstrząs może spowodować wzrost zużycia tlenu, co prowadzi do niedotlenienia .

W wyniku gwałtownej dekompresji tlen rozpuszczony we krwi przedostaje się do płuc, próbując wyrównać gradient ciśnienia parcjalnego . Gdy odtleniona krew dotrze do mózgu, ludzie tracą przytomność po kilku sekundach i umierają z niedotlenienia w ciągu kilku minut. Krew i inne płyny ustrojowe gotują się, gdy ciśnienie spada poniżej 6,3 kPa i ten stan nazywa się ebulizmem . Para może wzdęć ciało do dwukrotności jego normalnej wielkości i spowolnić krążenie, ale tkanki są wystarczająco elastyczne i porowate, aby zapobiec pęknięciu. Ebulizm jest spowalniany przez ciśnienie w naczyniach krwionośnych, więc część krwi pozostaje płynna. Obrzęk i ebulizm można zredukować przez zamknięcie w skafandrze ciśnieniowym . Kombinezon ochronny CAPS (Crew Altitude Protection Suit), dopasowana elastyczna odzież zaprojektowana w latach 60. XX wieku dla astronautów, zapobiega ebulizmowi przy ciśnieniu tak niskim jak 2 kPa. Dodatkowy tlen jest potrzebny na 8 km (5 mil), aby zapewnić wystarczającą ilość tlenu do oddychania i zapobiec utracie wody, podczas gdy powyżej 20 km (12 mil) niezbędne są skafandry ciśnieniowe, aby zapobiec zaczerwienieniu. Większość skafandrów kosmicznych zużywa około 30–39 kPa czystego tlenu, mniej więcej tyle samo, co na powierzchni Ziemi. To ciśnienie jest wystarczająco wysokie, aby zapobiec ebulizmowi, ale parowanie azotu rozpuszczonego we krwi może nadal powodować chorobę dekompresyjną i zatory gazowe, jeśli nie zostaną opanowane .

Ludzie ewoluowali do życia w ziemskiej grawitacji i wykazano, że narażenie na nieważkość ma szkodliwy wpływ na ludzkie zdrowie. Początkowo ponad 50% astronautów doświadcza kosmicznej choroby lokomocyjnej . Może to powodować nudności i wymioty , zawroty głowy , bóle głowy, letarg i ogólne złe samopoczucie. Czas trwania choroby kosmicznej jest różny, ale zwykle trwa od 1 do 3 dni, po czym organizm dostosowuje się do nowego środowiska. Długotrwałe przebywanie w stanie nieważkości powoduje zanik mięśni i degradację szkieletu lub osteopenię podczas lotów w kosmos . Efekty te można zminimalizować poprzez ćwiczenia fizyczne. Inne efekty obejmują redystrybucję płynów, spowolnienie układu sercowo-naczyniowego , zmniejszoną produkcję czerwonych krwinek , zaburzenia równowagi i osłabienie układu odpornościowego . Mniejsze objawy to utrata masy ciała, przekrwienie błony śluzowej nosa, zaburzenia snu i obrzęk twarzy.

Podczas długich podróży kosmicznych promieniowanie może stanowić poważne zagrożenie dla zdrowia . Narażenie na wysokoenergetyczne, jonizujące promienie kosmiczne może powodować zmęczenie, nudności, wymioty, a także uszkodzenie układu odpornościowego i zmiany liczby białych krwinek . W dłuższym okresie objawy obejmują zwiększone ryzyko raka , a także uszkodzenie oczu , układu nerwowego , płuc i przewodu pokarmowego . Podczas trwającej trzy lata misji na Marsa w obie strony duża część komórek w ciele astronauty zostałaby przebyta i potencjalnie uszkodzona przez jądra wysokoenergetyczne. Energia takich cząstek jest znacznie zmniejszona przez osłonę zapewnianą przez ściany statku kosmicznego i może być dodatkowo zmniejszona przez pojemniki z wodą i inne bariery. Oddziaływanie promieni kosmicznych na ekranowanie wytwarza dodatkowe promieniowanie, które może mieć wpływ na załogę. Potrzebne są dalsze badania w celu oceny zagrożeń radiacyjnych i określenia odpowiednich środków zaradczych.

Regiony

Przestrzeń jest częściową próżnią: jej różne regiony są definiowane przez różne atmosfery i „wiatry”, które w nich dominują, i rozciągają się do punktu, w którym wiatry te ustępują miejsca tym, którzy znajdują się poza nią. Geoprzestrzeń rozciąga się od ziemskiej atmosfery do zewnętrznych krańców ziemskiego pola magnetycznego, po czym ustępuje miejsca wiatrowi słonecznemu z przestrzeni międzyplanetarnej. Przestrzeń międzyplanetarna rozciąga się aż do heliopauzy, po czym wiatr słoneczny ustępuje miejsca wiatrom ośrodka międzygwiazdowego . Przestrzeń międzygwiezdna kontynuuje następnie do krawędzi galaktyki, gdzie znika w międzygalaktycznej pustce.

Geoprzestrzeń

Dolna połowa to niebiesko-biała planeta przy słabym oświetleniu.  Mgławicowe czerwone serpentyny wznoszą się z kończyny dysku w kierunku czarnego nieba.  Prom kosmiczny jest widoczny wzdłuż lewej krawędzi.
Aurora australis obserwowana z promu kosmicznego Discovery na STS-39 , maj 1991 (wysokość orbity: 260 km)

Geoprzestrzeń to region przestrzeni kosmicznej w pobliżu Ziemi, obejmujący górną atmosferę i magnetosferę . Te pasy radiacyjne Van Allena leżą w geospace. Zewnętrzną granicą geoprzestrzeni jest magnetopauza , która tworzy interfejs między magnetosferą Ziemi a wiatrem słonecznym. Granicą wewnętrzną jest jonosfera . Na zmienne warunki kosmiczno-pogodowe w geoprzestrzeni wpływa zachowanie Słońca i wiatru słonecznego; temat geoprzestrzeni jest powiązany z heliofizyką — badaniem Słońca i jego wpływu na planety Układu Słonecznego.

Magnetopauza po stronie dziennej jest kompresowana przez ciśnienie wiatru słonecznego — odległość podsłoneczna od środka Ziemi wynosi zwykle 10 promieni Ziemi. Po nocnej stronie wiatr słoneczny rozciąga magnetosferę, tworząc ogon magnetogonowy, który czasami rozciąga się na ponad 100-200 promieni Ziemi. Przez mniej więcej cztery dni każdego miesiąca powierzchnia Księżyca jest chroniona przed wiatrem słonecznym, gdy Księżyc przechodzi przez ogon magnetyczny.

Geoprzestrzeń jest zamieszkana przez naładowane elektrycznie cząstki o bardzo małych gęstościach, których ruchy są kontrolowane przez pole magnetyczne Ziemi . Plazmy te tworzą ośrodek, z którego burzowe zakłócenia napędzane wiatrem słonecznym mogą kierować prądy elektryczne do górnych warstw atmosfery Ziemi. Burze geomagnetyczne mogą zakłócać dwa regiony geoprzestrzeni, pasy radiacyjne i jonosferę. Burze te zwiększają strumienie energetycznych elektronów, które mogą trwale uszkodzić elektronikę satelitarną, zakłócając krótkofalową komunikację radiową oraz lokalizację i synchronizację GPS . Burze magnetyczne mogą również stanowić zagrożenie dla astronautów, nawet na niskiej orbicie okołoziemskiej. Tworzą również zorze polarne widoczne na dużych szerokościach geograficznych w owalu otaczającym bieguny geomagnetyczne .

Mimo że spełnia definicję przestrzeni kosmicznej, gęstość atmosfery w ciągu pierwszych kilkuset kilometrów nad linią Karman jest jeszcze wystarczające do wytworzenia istotny opór na satelitach . Region ten zawiera materiał pozostały z poprzednich startów załogowych i bezzałogowych, które stanowią potencjalne zagrożenie dla statku kosmicznego. Niektóre z tych szczątków okresowo powracają do atmosfery ziemskiej.

Cislunarna przestrzeń

Lunar Gateway , jedna z planowanych stacji kosmicznych dla załogowych podróży po cislunarnych w latach 2020

Ziemska grawitacja utrzymuje Księżyc na orbicie w średniej odległości 384.403 km (238.857 mil). Obszar poza atmosferą Ziemi i rozciągający się tuż poza orbitę Księżyca , w tym punkty Lagrange'a , jest czasami określany jako przestrzeń cislunarna .

Przestrzeń głęboka jest definiowana przez rząd Stanów Zjednoczonych i inne kraje jako dowolny region poza przestrzenią cislunarną. Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny odpowiedzialny za komunikację radiową (włączając sztuczne satelity) określa początek głębokiej przestrzeni około 5 razy większą odległość (2 × 10 6  km ).

Obszar, w którym grawitacja Ziemi pozostaje dominująca wobec perturbacji grawitacyjnych ze Słońca, nazywa się sferą wzgórza . To rozciąga się w przestrzeni półksiężycowej na odległość około 1% średniej odległości od Ziemi do Słońca, czyli 1,5 miliona km (0,93 miliona mil).

Przestrzeń międzyplanetarna

W lewym dolnym rogu biała śpiączka wyróżnia się na czarnym tle.  Mgławica spływa w górę iw lewo, powoli zanikając wraz z odległością.
Rzadka plazma (niebieski) i pył (biały) w warkoczu komety Hale-Bopp są kształtowane odpowiednio przez ciśnienie promieniowania słonecznego i wiatr słoneczny

Przestrzeń międzyplanetarna jest definiowana przez wiatr słoneczny, ciągły strumień naładowanych cząstek emanujących ze Słońca, który tworzy bardzo cienką atmosferę ( heliosferę ) na miliardy kilometrów w kosmos. Ten wiatr ma gęstość cząstek 5–10 protonów /cm 3 i porusza się z prędkością 350–400 km/s (780 000–890 000 mph). Przestrzeń międzyplanetarna rozciąga się aż do heliopauzy, gdzie wpływ środowiska galaktycznego zaczyna dominować nad polem magnetycznym i strumieniem cząstek ze Słońca. Odległość i siła heliopauzy zmienia się w zależności od poziomu aktywności wiatru słonecznego. Z kolei heliopauza odbija niskoenergetyczne promienie kosmiczne, przy czym efekt modulacji osiąga szczyt podczas maksimum słonecznego.

Objętość przestrzeni międzyplanetarnej to prawie całkowita próżnia, ze średnią swobodną drogą około jednej jednostki astronomicznej w odległości orbitalnej Ziemi. Ta przestrzeń nie jest całkowicie pusta i jest słabo wypełniona promieniami kosmicznymi, w tym zjonizowanymi jądrami atomowymi i różnymi cząstkami subatomowymi. Jest też gaz, plazma i pył, małe meteory oraz kilkadziesiąt rodzajów cząsteczek organicznych odkrytych do tej pory za pomocą spektroskopii mikrofalowej . Chmura międzyplanetarnego pyłu jest widoczna w nocy jako słabe pasmo zwane światłem zodiakalnym .

Przestrzeń międzyplanetarna zawiera pole magnetyczne generowane przez Słońce. Istnieją również magnetosfery generowane przez planety takie jak Jowisz, Saturn, Merkury i Ziemia, które mają własne pola magnetyczne. Są one ukształtowane pod wpływem wiatru słonecznego w kształt zbliżony do łzy, z długim ogonem wystającym na zewnątrz za planetę. Te pola magnetyczne mogą wychwytywać cząstki z wiatru słonecznego i innych źródeł, tworząc pasy naładowanych cząstek, takie jak pasy promieniowania Van Allena. Atmosfera planet bez pól magnetycznych, takich jak Mars, ulega stopniowej erozji pod wpływem wiatru słonecznego.

Przestrzeń międzygwiezdna

Niejednolita pomarańczowo-niebieska mgławica na czarnym tle, z zakrzywionym pomarańczowym łukiem otaczającym gwiazdę pośrodku.
Wstrząs łukowy utworzony przez magnetosferę młodej gwiazdy LL Orionis (w środku) zderzającej się z przepływem Mgławicy Oriona

Przestrzeń międzygwiazdowa to fizyczna przestrzeń w galaktyce poza wpływem każdej gwiazdy na otoczoną plazmę. Zawartość przestrzeni międzygwiazdowej nazywamy ośrodkiem międzygwiazdowym. Około 70% masy ośrodka międzygwiazdowego składa się z samotnych atomów wodoru; większość pozostałej części składa się z atomów helu. Jest to wzbogacone o śladowe ilości cięższych atomów powstałych w wyniku gwiezdnej nukleosyntezy . Atomy te są wyrzucane do ośrodka międzygwiazdowego przez wiatry gwiazdowe lub gdy wyewoluowane gwiazdy zaczynają zrzucać swoje zewnętrzne otoczki, na przykład podczas formowania się mgławicy planetarnej . Kataklizmiczna eksplozja supernowej generuje rozszerzającą się falę uderzeniową składającą się z wyrzuconych materiałów, które dodatkowo wzbogacają ośrodek. Gęstość materii w ośrodku międzygwiazdowym może się znacznie różnić: średnia wynosi około 106 cząstek na m 3 , ale zimne obłoki molekularne mogą pomieścić 10 8 –10 12 na m 3 .

W przestrzeni międzygwiazdowej istnieje wiele cząsteczek , podobnie jak maleńkie cząsteczki pyłu o wielkości 0,1  μm . Liczba cząsteczek odkrytych przez radioastronomię stale rośnie w tempie około czterech nowych gatunków rocznie. Duże obszary materii o większej gęstości, znane jako obłoki molekularne, umożliwiają zachodzenie reakcji chemicznych, w tym powstawanie organicznych form wieloatomowych. Duża część tej chemii jest napędzana przez zderzenia. Energetyczne promienie kosmiczne przenikają przez zimne, gęste chmury i jonizują wodór i hel, tworząc np . kation trójwodorowy . Zjonizowany atom helu może następnie rozszczepić stosunkowo dużą ilość tlenku węgla w celu wytworzenia zjonizowanego węgla, co z kolei może prowadzić do organicznych reakcji chemicznych.

Lokalny ośrodek międzygwiazdowy to obszar przestrzeni w promieniu 100  parseków (pc) od Słońca, interesujący zarówno ze względu na bliskość, jak i interakcję z Układem Słonecznym. Ta objętość prawie pokrywa się z obszarem przestrzeni znanym jako Bąbel Lokalny , który charakteryzuje się brakiem gęstych, zimnych chmur. Tworzy wnękę w Orion ramienia Mlecznej Way, gęste chmury molekularne leżące wzdłuż granic, takie jak te, w konstelacji, w Ophiuchus i Taurus . (Rzeczywista odległość do granicy tej wnęki waha się od 60 do 250 pc lub więcej.) Ta objętość zawiera około 10 4 –10 5 gwiazd, a lokalny gaz międzygwiazdowy stanowi przeciwwagę dla astrosfer otaczających te gwiazdy, przy czym objętość każdej sfery jest różna w zależności od lokalnej gęstości ośrodka międzygwiazdowego. Bąbel Lokalny zawiera dziesiątki ciepłych obłoków międzygwiazdowych o temperaturze dochodzącej do 7000 K i promieniu 0,5–5 pc.

Kiedy gwiazdy poruszają się z odpowiednio dużymi prędkościami osobliwymi , ich astrosfery mogą generować wstrząsy łukowe, gdy zderzają się z ośrodkiem międzygwiazdowym. Przez dziesięciolecia zakładano, że Słońce miało szok łukowy. W 2012 roku dane z sondy Interstellar Boundary Explorer (IBEX) i sondy Voyager NASA wykazały, że łuk szoku słonecznego nie istnieje. Zamiast tego autorzy ci twierdzą, że poddźwiękowa fala łukowa definiuje przejście od przepływu wiatru słonecznego do ośrodka międzygwiazdowego. Wstrząs łukowy jest trzecią granicą astrosfery po szoku końcowym i astropauzie (zwanej heliopauzą w Układzie Słonecznym).

Przestrzeń międzygalaktyczna

Struktura Wszechświata
Rozkład materii w sześciennej części wszechświata. Struktury niebieskich włókien reprezentują materię, a puste obszary pomiędzy nimi reprezentują kosmiczne puste przestrzenie ośrodka międzygalaktycznego.
Gwiazda regionu -forming w Wielkim Obłoku Magellana , chyba najbliżej Galaxy do Ziemi Drogi Mlecznej

Przestrzeń międzygalaktyczna to fizyczna przestrzeń pomiędzy galaktykami. Badania nad rozkładem galaktyk na dużą skalę pokazują, że Wszechświat ma strukturę podobną do pianki, z grupami i gromadami galaktyk leżącymi wzdłuż włókien, które zajmują około jednej dziesiątej całkowitej przestrzeni. Pozostała część tworzy ogromne puste przestrzenie, w większości pozbawione galaktyk. Zazwyczaj pustka rozciąga się na odległość (10-40) h- 1 Mpc, gdzie h jest stałą Hubble'a w jednostkach 100 km s- 1 Mpc- 1 lub bezwymiarową stałą Hubble'a .

Otaczająca i rozciągająca się pomiędzy galaktykami znajduje się rozrzedzona plazma zorganizowana w galaktyczną włóknistą strukturę. Materiał ten nazywany jest ośrodkiem międzygalaktycznym (IGM). Gęstość IGM jest 5-200 razy większa od średniej gęstości Wszechświata. Składa się głównie ze zjonizowanego wodoru; czyli plazma składająca się z równej liczby elektronów i protonów. Ponieważ gaz wchodzi do intergalaktycznej medium z pustek, ogrzewa się do temperatury 10 5  K 10 7  K, która jest na tyle wysoka, aby zderzenia atomów ma wystarczającej energii dla spowodowania Związane elektronów uciec z jąder wodoru; dlatego IGM jest zjonizowany. W tych temperaturach nazywa się to ciepłym, gorącym ośrodkiem międzygalaktycznym (WHIM). (Chociaż plazma jest bardzo gorąca według standardów ziemskich, 10 5 K jest często określana jako „ciepła” w astrofizyce). Symulacje komputerowe i obserwacje wskazują, że nawet połowa materii atomowej we Wszechświecie może istnieć w tym ciepłym, rozrzedzonym stanie . Gdy gaz spada z włóknistych struktur WHIM w klastrach galaktyką przecięcia kosmicznych włókien może ogrzać się jeszcze bardziej osiągnięcie temperatury 10 8  K i powyżej w tak zwanych intracluster nośnika (ICM).

Orbita Ziemi

Statek kosmiczny wchodzi na orbitę, gdy jego przyspieszenie dośrodkowe spowodowane grawitacją jest mniejsze lub równe przyspieszeniu odśrodkowemu wynikającemu z poziomej składowej jego prędkości. Dla niskiej orbity okołoziemskiej prędkość ta wynosi około 7800 m/s (28100 km/h; 17400 mph); dla kontrastu, najszybsza prędkość pilotowanego samolotu, jaką kiedykolwiek osiągnięto (poza prędkościami osiąganymi przez statek kosmiczny zejścia z orbity) wynosiła 2200 m/s (7900 km/h; 4900 mph) w 1967 roku przez północnoamerykański X-15 .

Aby osiągnąć orbitę, statek kosmiczny musi podróżować szybciej niż lot suborbitalny . Energia wymagana do osiągnięcia prędkości orbitalnej Ziemi na wysokości 600 km (370 mil) wynosi około 36  MJ / kg, co stanowi sześciokrotność energii potrzebnej do wzniesienia się na odpowiednią wysokość. Statki kosmiczne o perygeum poniżej około 2000 km (1200 mil) są narażone na opór z ziemskiej atmosfery, co zmniejsza wysokość orbity. Szybkość zaniku orbity zależy od pola przekroju i masy satelity, a także od zmian gęstości powietrza w górnych warstwach atmosfery. Poniżej około 300 km (190 mil) rozkład staje się szybszy z czasem życia mierzonym w dniach. Gdy satelita zejdzie do 180 km (110 mil), ma tylko godziny, zanim wyparuje w atmosferze. Prędkość ucieczki wymagana do całkowitego uwolnienia się od pola grawitacyjnego Ziemi i przeniesienia się w przestrzeń międzyplanetarną wynosi około 11 200 m/s (40 300 km/h; 25 100 mph).

Granica

Biała rakieta z dziwnie ukształtowanymi skrzydłami spoczywającymi na pasie startowym.
SpaceShipOne ukończył pierwszy prywatny lot kosmiczny człowieka w 2004 roku, osiągając wysokość 100,12 km (62,21 mil).

Nie ma wyraźnej granicy między ziemską atmosferą a przestrzenią, ponieważ gęstość atmosfery stopniowo maleje wraz ze wzrostem wysokości. Istnieje kilka standardowych oznaczeń granic, a mianowicie:

  • FAI ustanowiła linię Karman na wysokości 100 km (62 mil) jako definicji roboczej na pograniczu aeronautyki i astronautyki. Jest to używane, ponieważ na wysokości około 100 km (62 mil), jak obliczył Theodore von Kármán , pojazd musiałby podróżować szybciej niż prędkość orbitalna, aby uzyskać wystarczającą siłę nośną aerodynamiczną z atmosfery, aby się utrzymać.
  • Stany Zjednoczone wyznaczają jako astronautów osoby, które podróżują powyżej wysokości 80 km .
  • NASA „s Space Shuttle wykorzystywane 400.000 stóp (122 km, 76 mil) jako jego ponownego wjazdu wysokości (zwany interfejs wprowadzania danych), co w przybliżeniu wyznacza brzegowe gdzie przeciągnij atmosferyczne staje się zauważalne, rozpoczynając w ten sposób proces przełączania z kierownicy z suwakami do manewrowanie z aerodynamicznymi powierzchniami sterowymi.

W 2009 roku naukowcy ogłosili szczegółowe pomiary za pomocą Supra-Thermal Ion Imager (instrumentu, który mierzy kierunek i prędkość jonów), co pozwoliło im ustalić granicę na 118 km (73,3 mil) nad Ziemią. Granica reprezentuje punkt środkowy stopniowego przejścia na przestrzeni dziesiątek kilometrów od stosunkowo łagodnych wiatrów ziemskiej atmosfery do bardziej gwałtownych przepływów naładowanych cząstek w kosmosie, które mogą osiągnąć prędkość znacznie powyżej 268 m/s (600 mph).

Status prawny

Na górze ciemna rakieta emituje jasny pióropusz ognia na tle błękitnego nieba.  Pod spodem słup dymu zasłania częściowo okręt marynarki wojennej.
2008 wystrzelenie pocisku SM-3 służącego do niszczenia amerykańskiego satelity rozpoznawczego USA-193

Traktat o przestrzeni kosmicznej stanowi podstawowe ramy dla międzynarodowego prawa kosmicznego. Obejmuje legalne korzystanie z przestrzeni kosmicznej przez państwa narodowe i obejmuje w swojej definicji przestrzeni kosmicznej Księżyc i inne ciała niebieskie. Traktat stwierdza, że ​​przestrzeń kosmiczna jest wolna dla wszystkich państw narodowych i nie podlega roszczeniom o suwerenność narodową , nazywając przestrzeń kosmiczną „prowincją całej ludzkości”. Ten status wspólnego dziedzictwa ludzkości został wykorzystany, choć nie bez sprzeciwu, do egzekwowania prawa dostępu do przestrzeni kosmicznej i wspólnego korzystania z niej w równym stopniu dla wszystkich narodów, zwłaszcza tych, które nie uczestniczą w kosmosie. Zakazuje również rozwoju broni jądrowej w kosmosie. Traktat został uchwalony przez Zgromadzenie Ogólne Narodów Zjednoczonych w 1963 r. i podpisany w 1967 r. przez ZSRR, Stany Zjednoczone Ameryki i Wielką Brytanię. Do 2017 roku 105 państw-stron ratyfikowało lub przystąpiło do traktatu. Dodatkowe 25 państw podpisało traktat, nie ratyfikując go.

Od 1958 roku przestrzeń kosmiczna była przedmiotem wielu rezolucji ONZ. Spośród nich ponad 50 dotyczyło międzynarodowej współpracy w pokojowym wykorzystaniu przestrzeni kosmicznej i zapobiegania wyścigowi zbrojeń w kosmosie. Cztery dodatkowe traktaty dotyczące prawa kosmicznego zostały wynegocjowane i opracowane przez Komitet ONZ ds. Pokojowego Wykorzystania Przestrzeni Kosmicznej . Nadal nie ma prawnego zakazu rozmieszczania broni konwencjonalnej w kosmosie, a broń antysatelitarna została pomyślnie przetestowana przez USA, ZSRR, Chiny, a w 2019 r. Indie. Traktat księżycowy z 1979 r. przekazał jurysdykcję wszystkich ciał niebieskich (w tym orbity wokół takich ciał) społeczności międzynarodowej. Traktat nie został ratyfikowany przez żaden naród, który obecnie praktykuje ludzkie loty kosmiczne.

W 1976 roku osiem stanów równikowych ( Ekwador , Kolumbia , Brazylia , Kongo , Zair , Uganda , Kenia i Indonezja ) spotkało się w Bogocie w Kolumbii. W swojej „ Deklaracji z pierwszego spotkania krajów równikowych” lub „Deklaracji z Bogoty” twierdzili, że sprawują kontrolę nad segmentem geosynchronicznej ścieżki orbitalnej odpowiadającej każdemu krajowi. Twierdzenia te nie są akceptowane na arenie międzynarodowej.

Odkrywanie, eksploracja i zastosowania

Odkrycie

W 350 roku p.n.e. grecki filozof Arystoteles zasugerował, że natura nie znosi próżni , zasady, która stała się znana jako horror vacui . Koncepcja ta została zbudowana na argumencie ontologicznym greckiego filozofa Parmenidesa z V wieku p.n.e. , który zaprzeczył istnieniu pustki w przestrzeni. Opierając się na idei, że próżnia nie może istnieć, na Zachodzie przez wiele stuleci powszechnie uważano, że przestrzeń nie może być pusta. Jeszcze w XVII wieku francuski filozof René Descartes twierdził, że cała przestrzeń musi zostać wypełniona.

W starożytnych Chinach astronom Zhang Heng z II wieku przekonał się, że przestrzeń musi być nieskończona, wykraczając daleko poza mechanizm podtrzymujący Słońce i gwiazdy. Ocalałe księgi szkoły Hsüan Yeh mówią, że niebiosa są bezkresne, „puste i pozbawione substancji”. Podobnie „słońce, księżyc i towarzystwo gwiazd unoszą się w pustej przestrzeni, poruszając się lub stojąc w miejscu”.

Włoski naukowiec Galileo Galilei wiedział, że powietrze ma masę i dlatego podlega grawitacji. W 1640 r. wykazał, że ustanowiona siła przeciwstawia się powstawaniu próżni. Jego uczennicy, Evangelista Torricelli, pozostało stworzenie w 1643 r. aparatu, który wytworzyłby częściową próżnię. Ten eksperyment zaowocował pierwszym barometrem rtęciowym i wywołał sensację naukową w Europie. Francuski matematyk Blaise Pascal doszedł do wniosku, że jeśli kolumna rtęci jest podparta powietrzem, to kolumna powinna być krótsza na większej wysokości, gdzie ciśnienie powietrza jest niższe. W 1648 roku jego szwagier Florin Périer powtórzył eksperyment na górze Puy de Dôme w środkowej Francji i stwierdził, że kolumna była krótsza o trzy cale. Ten spadek ciśnienia został dodatkowo zademonstrowany przez noszenie na wpół pełnego balonu w górę góry i obserwowanie, jak stopniowo się rozszerza, a następnie kurczy podczas opadania.

W szklanej gablocie znajduje się urządzenie mechaniczne z ramieniem dźwigni oraz dwie metalowe półkule przymocowane do lin
Oryginalne półkule magdeburskie (na dole po lewej) używane do zademonstrowania pompy próżniowej Otto von Guericke (po prawej)

W 1650 r. niemiecki naukowiec Otto von Guericke skonstruował pierwszą pompę próżniową: urządzenie, które jeszcze bardziej obaliłoby zasadę horror vacui . Prawidłowo zauważył, że atmosfera Ziemi otacza planetę jak skorupa, a jej gęstość stopniowo spada wraz z wysokością. Doszedł do wniosku, że między Ziemią a Księżycem musi istnieć próżnia.

W XV wieku niemiecki teolog Nicolaus Cusanus spekulował, że Wszechświatowi brakuje środka i obwodu. Wierzył, że Wszechświat, chociaż nie nieskończony, nie może być utrzymywany jako skończony, ponieważ nie ma żadnych granic, w których mógłby być zawarty. Idee te doprowadziły do ​​spekulacji na temat nieskończonego wymiaru przestrzeni przez włoskiego filozofa Giordano Bruno w XVI wieku. Kopernikańską heliocentryczną kosmologię rozszerzył o koncepcję nieskończonego Wszechświata wypełnionego substancją, którą nazwał eterem , która nie opierała się ruchowi ciał niebieskich. Angielski filozof William Gilbert doszedł do podobnego wniosku, argumentując, że gwiazdy są dla nas widoczne tylko dlatego, że są otoczone cienkim eterem lub pustką. Ta koncepcja eteru wywodzi się od starożytnych greckich filozofów, w tym Arystotelesa, który postrzegał go jako medium, przez które poruszają się ciała niebieskie.

Koncepcja Wszechświata wypełnionego świetlistym eterem cieszyła się poparciem niektórych naukowców aż do początku XX wieku. Ta forma eteru była postrzegana jako medium, przez które mogło się rozchodzić światło. W 1887 roku eksperyment Michelsona-Morleya próbował wykryć ruch Ziemi w tym medium, szukając zmian prędkości światła w zależności od kierunku ruchu planety. Wynik zerowy wskazywał, że coś jest nie tak z koncepcją. Porzucono wtedy pomysł świecącego eteru. Został on zastąpiony przez Albert Einstein „s teorii względności , która głosi, że prędkość światła w próżni jest ustalona na stałym poziomie, niezależnie od ruchu obserwatora lub ram odniesienia .

Pierwszym zawodowym astronomem, który poparł koncepcję nieskończonego Wszechświata, był Anglik Thomas Digges w 1576 roku. Jednak skala Wszechświata pozostawała nieznana aż do pierwszego pomyślnego pomiaru odległości do pobliskiej gwiazdy w 1838 roku przez niemieckiego astronoma Friedricha Bessela . Wykazał, że układ gwiazd 61 Cygni miał paralaksę wynoszącą zaledwie 0,31  sekundy kątowej (w porównaniu do współczesnej wartości 0,287 cala). Odpowiada to odległości ponad 10 lat świetlnych . W 1917 roku, Heber Curtis zauważyć, że Novae w mgławic spiralnych były średnio o 10 wielkości słabsze niż galaktycznego Novae, co sugeruje, że te pierwsze są 100 razy dalej. Odległość do Galaktyki Andromedy została określona w 1923 roku przez amerykańskiego astronoma Edwina Hubble'a , mierząc jasność zmiennych cefeid w tej galaktyce, nową technikę odkrytą przez Henriettę Leavitt . Ustaliło to, że galaktyka Andromedy, a co za tym idzie wszystkie galaktyki, leżą daleko poza Drogą Mleczną .

Współczesna koncepcja kosmosu opiera się na kosmologii „Wielkiego Wybuchu” , po raz pierwszy zaproponowanej w 1931 roku przez belgijskiego fizyka Georgesa Lemaître'a . Teoria ta utrzymuje, że wszechświat powstał z bardzo gęstej formy, która od tego czasu ulega ciągłej ekspansji .

Najwcześniejsze znane oszacowanie temperatury przestrzeni kosmicznej zostało dokonane przez szwajcarskiego fizyka Charlesa É. Guillaume w 1896 r. Korzystając z szacowanego promieniowania gwiazd tła, doszedł do wniosku, że przestrzeń musi zostać podgrzana do temperatury 5–6 K. Brytyjski fizyk Arthur Eddington dokonał podobnych obliczeń, aby uzyskać temperaturę 3,18 K w 1926 r. Niemiecki fizyk Erich Regener wykorzystał całkowitą zmierzoną energię promieni kosmicznych do oszacowania międzygalaktycznej temperatury 2,8 K w 1933 roku. Amerykańscy fizycy Ralph Alpher i Robert Herman przewidzieli 5 K dla temperatury przestrzeni w 1948 roku, opierając się na stopniowym spadku energii tła po nowa teoria Wielkiego Wybuchu . Współczesny pomiar mikrofalowego promieniowania tła to około 2,7K.

Termin „ przestrzeń zewnętrzna” został użyty w 1842 roku przez angielską poetkę Lady Emmeline Stuart-Wortley w swoim wierszu „Dziewica z Moskwy”. Wyrażenie kosmosu był używany jako astronomicznego kadencję przez Alexander von Humboldt w 1845. Został on później spopularyzował w pismach HG Wells w 1901 roku krótszy termin przestrzeń jest starszy, po raz pierwszy użyty w znaczeniu regionu poza ziemskim niebie w Johna Miltona " s Raj utracony w 1667 roku.

Eksploracja i zastosowanie

Pierwsze zdjęcie całej Ziemi wykonane przez człowieka, prawdopodobnie sfotografowane przez Williama Andersa z Apollo 8 . Południe jest na górze; Ameryka Południowa jest pośrodku.

Przez większość historii ludzkości kosmos był badany przez obserwacje z powierzchni Ziemi – początkowo nieuzbrojonym okiem, a następnie za pomocą teleskopu. Przed niezawodną technologią rakietową ludzie zbliżyli się do kosmosu poprzez loty balonem. W 1935 roku lot balonem z załogą US Explorer II osiągnął wysokość 22 km (14 mil). Zostało to znacznie przekroczone w 1942 roku, kiedy trzeci start niemieckiej rakiety A-4 wzniósł się na wysokość około 80 km (50 mil). W 1957 roku rosyjska rakieta R-7 wystrzeliła bezzałogowego satelitę Sputnik 1 , osiągając orbitę okołoziemską na wysokości 215-939 kilometrów (134-583 mil). Po tym nastąpił pierwszy lot kosmiczny ludzi w 1961 roku, kiedy Jurij Gagarin został wysłany na orbitę Wostoku 1 . Pierwszymi ludźmi, którzy uciekli z niskiej orbity Ziemi, byli Frank Borman , Jim Lovell i William Anders w 1968 roku na pokładzie amerykańskiego Apollo 8 , który osiągnął orbitę księżycową i osiągnął maksymalną odległość 377 349 km (234474 mil) od Ziemi.

Pierwszym statkiem kosmicznym, który osiągnął prędkość ucieczki, był radziecki Luna 1 , który wykonał przelot nad Księżycem w 1959 roku. W 1961 roku Venera 1 stała się pierwszą sondą planetarną. Ujawniła obecność wiatru słonecznego i wykonała pierwszy przelot Wenus , chociaż kontakt został utracony przed osiągnięciem Wenus. Pierwszą udaną misją planetarną był przelot Wenus przez Marinera 2 w 1962 roku . Pierwszy przelot Marsa był przez Mariner 4 w 1964 roku. Od tego czasu bezzałogowe statki kosmiczne z powodzeniem zbadały każdą z planet Układu Słonecznego, a także ich księżyce oraz wiele mniejszych planet i komet. Pozostają podstawowym narzędziem do eksploracji kosmosu, a także obserwacji Ziemi. W sierpniu 2012 roku Voyager 1 stał się pierwszym stworzonym przez człowieka obiektem, który opuścił Układ Słoneczny i wszedł w przestrzeń międzygwiezdną .

Brak powietrza sprawia, że ​​przestrzeń kosmiczna jest idealnym miejscem dla astronomii na wszystkich długościach fal widma elektromagnetycznego . Dowodem na to są spektakularne zdjęcia przesłane przez Teleskop Kosmiczny Hubble'a , pozwalające na obserwację światła sprzed ponad 13 miliardów lat – prawie do czasu Wielkiego Wybuchu. Nie każde miejsce w kosmosie jest idealne dla teleskopu. Międzyplanetarnym pył zodiakalny emituje rozproszone promieniowanie bliskiej podczerwieni, które mogą maskować emisji źródła słabych, takich jak planet. Wysunięcie teleskopu na podczerwień poza pył zwiększa jego skuteczność. Podobnie miejsce takie jak krater Dedal po drugiej stronie Księżyca może osłonić radioteleskop przed zakłóceniami częstotliwości radiowych, które utrudniają obserwacje na Ziemi.

Bezzałogowe statki kosmiczne na orbicie okołoziemskiej są podstawową technologią współczesnej cywilizacji. Pozwalają na bezpośrednie monitorowanie warunków pogodowych , przekazują komunikację dalekiego zasięgu, taką jak telewizja, zapewniają środki precyzyjnej nawigacji oraz umożliwiają zdalne wykrywanie Ziemi. Ta ostatnia rola służy wielu różnym celom, w tym śledzeniu wilgotności gleby dla rolnictwa, przewidywaniu odpływu wody z sezonowych zalegających śniegów, wykrywaniu chorób roślin i drzew oraz monitorowaniu działań wojskowych.

Głęboka próżnia kosmiczna może sprawić, że będzie to atrakcyjne środowisko dla niektórych procesów przemysłowych, takich jak te wymagające ultraczystych powierzchni. Podobnie jak wydobycie asteroid , produkcja kosmiczna wymagałaby dużych inwestycji finansowych z niewielką perspektywą natychmiastowego zwrotu. Ważnym czynnikiem w całkowitych kosztach jest wysoki koszt umieszczenia masy na orbicie Ziemi: 8 000–26 000 USD za kg, zgodnie z szacunkami z 2006 r. (uwzględniając od tego czasu inflację). Koszt dostępu do kosmosu spadł od 2013 roku. Częściowo wielokrotnego użytku rakiety, takie jak Falcon 9 , obniżyły dostęp do przestrzeni poniżej 3500 dolarów za kilogram. Dzięki tym nowym rakietom koszt wysyłania materiałów w kosmos pozostaje zbyt wysoki w wielu branżach. Proponowane koncepcje rozwiązania tego problemu obejmują w pełni systemów wielokrotnego uruchamiania , bezrakietowy start kosmiczny , uwięzi wymiany pędu i wind kosmicznych .

Podróże międzygwiezdne dla załogi ludzkiej pozostają obecnie tylko teoretyczną możliwością. Odległości do najbliższych gwiazd oznaczają, że wymagałoby to nowych rozwiązań technologicznych i możliwości bezpiecznego utrzymania załóg na kilkudziesięcioletnie podróże. Na przykład, Dedal projektu studium, w którym zaproponowano statek kosmiczny napędzany przez fuzję z deuteru i helu-3 , wymaga 36 lat, aby dotrzeć do „w pobliżu” Alpha Centauri systemu. Inne proponowane międzygwiezdne układy napędowe zawierają lekkie żagle , ramjets i napędu belki zasilany . Bardziej zaawansowane układy napędowe mogłyby wykorzystywać antymaterię jako paliwo, potencjalnie osiągając prędkości relatywistyczne .

Zobacz też

Bibliografia

Cytaty

Źródła

Zewnętrzne linki