Космічний простір

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
(Перенаправлено з Космос)
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Ділянки атмосфери

Космі́чний про́стір, або ко́смос (дав.-гр. κόσμος — всесвіт), — відносно порожні ділянки Всесвіту, розташовані поза межами атмосфер небесних тіл.
Всупереч розповсюдженій думці, космос не повністю порожній, але у ньому дуже низька густина речовини. Переважно це Гідроген в атомарному, молекулярному чи іонізованому стані), також є інші прості гази (Гелій, Нітроген, Оксиген), тверді частинки пилу, що містять переважно Карбон, а за допомогою мікрохвильової спектроскопії виявлено кілька десятків різних молекул. Водночас космос заповнений електромагнітним випромінюванням, зокрема реліктовим випромінюванням, що лишилося після Великого Вибуху, та космічними променями, в яких містяться іонізовані атомні ядра та різні субатомні частинки.

Космічний простір або просто простір це обшир, який існує поза Землею і між небесними тілами. Космічний простір не зовсім порожній — це жорсткий вакуум, що містить низьку щільність частинок, переважно плазму водню та гелію, а також електромагнітне випромінення, магнітні поля, нейтрино, пил та космічні промені. Базова температура космосу, яка визначається фоновим випроміненням Великого вибуху, становить 2,7 кельвінів (−270,45 ° C; −454,81 ° F). Плазма між галактиками становить близько половини баріонної (звичайної) речовини у Всесвіті; вона має густину менше одного атома водню на кубічний метр і температуру мільйони кельвінів. Місцеві концентрації речовини скупчуються у зірки та галактики. Дослідження показують, що 90% маси більшості галактик знаходиться у невідомій формі, котра називається темною речовиною, яка взаємодіє з іншою речовиною за допомогою гравітаційних, але не електромагнітних сил. Спостереження дозволяють припустити, що більшість масової енергії у спостережуваному Всесвіті — це темна енергія, вид енергії вакууму, яка недостатньо вивчена. Міжгалактичний простір посідає більшу частину обсягу Всесвіту, але навіть галактики та зіркові системи майже повністю складаються з порожнього простору.

Рамки міжнародного космічного права були встановлені Договором про космос, який набув чинності 10 жовтня 1967 р. Цей договір виключає будь-які посягання національного суверенітету і дозволяє всім державам вільно досліджувати космос. Попри розробку резолюцій ООН щодо мирного використання космічного простору, на земній орбіті вже було випробувано протисупутникову зброю.

Фізичні дослідження космосу люди розпочали у 20 столітті з появою висотних польотів на повітряній кулі. За цим пішли пілотовані ракетні польоти. Через високу вартість потрапляння в космос, пілотований космічний політ був обмежений низькою орбітою Землі та Місяцем. Натомість, безпілотні космічні апарати досягли усіх відомих планет Сонячної системи.

Космічний простір являє складне середовище для дослідження людиною через небезпеку вакууму та випромінення. Мікрогравітація також негативно впливає на фізіологію людини, та спричиняє як атрофію м’язів, так і втрату кісткової маси. Окрім цих питань охорони здоров’я та довкілля, економічні витрати на розміщення предметів, у тому числі людей, у космосі дуже високі.

Відкриття[ред. | ред. код]

350 року до н.е., грецький філософ Арістотель припустив, що природа не терпить порожнечі - принцип, який став відомим як жах вакууму. Ця концепція побудована на онтологічному аргументі 5 століття до н. е. грецького філософа Парменіда, який заперечував можливе існування порожнечі в просторі. Виходячи з цього міркування про те, що вакууму не може існувати, на Заході багато століть вважалося, що простір не може бути порожнім. Ще в 17 столітті французький філософ Рене Декарт стверджував, що весь космос повинен бути заповнений.

У стародавньому Китаї астроном 2-го століття Чжан Хен досяг переконання, що космос мусить бути нескінченним, виходячи далеко за межі механізму, який підтримував Сонце та зірки. У книжках, що збереглися в школі Хсюан Іє, йдеться про те, що небо безмежне, "порожнє і не має речовини". Отже "Сонце, Місяць і компанія зірок плавають у порожньому просторі, рухаючись або стоячи нерухомо".

Італійський вчений Галілео Галілей знав, що повітря має вагу, і тому воно підлягає силі тяжіння. 1640 року він показав, що встановлена сила чинить опір утворенню вакууму. Однак його учневі Еванджелісті Торрічеллі залишиться виготовити пристрій, який утворить частковий вакуум у 1643 році. Цей дослід спричинив створення першого ртутного барометра і здійснив науковий розголос в Європі. Французький математик Блез Паскаль вважав, що оскільки стовпчик ртуті підтримується повітрям, то колонка повинна бути коротшою на більшій висоті, де тиск повітря нижчий. 1648 року його зять Флорін Перьє повторив дослід на горі Пюї-де-Дом у центральній Франції і виявив, що стовпчик був коротший на три сантиметри. Таке зниження тиску було продемонстровано також піднесенням напівповної повітряної кулі до гори та спостереженням, як вона поступово розширюється, а потім стискається після спуску.

1650 року німецький вчений Отто фон Ґеріке виготовив перший вакуумний насос: пристрій, який би надалі спростовував принцип  жаху вакууму. Він правильно зазначив, що атмосфера Землі оточує планету як оболонка, до того-ж густина поступово зменшується з висотою. Він зробив висновок, що між Землею і Місяцем повинен бути вакуум.

Ще в XV столітті німецький богослов Микола Кузанський припускав, що Всесвіту не вистачає центру та окружності. Він вважав, що Всесвіт, хоча і не є нескінченним, не може вважатися обмеженим, оскільки йому не вистачає меж, у яких він міг би міститися. Ці ідеї спричинили міркування щодо нескінченного виміру простору італійським філософом Джордано Бруно у 16 столітті. Він поширив геліоцентричну космологію Коперника на концепцію нескінченного Всесвіту, наповненого речовиною, яку він назвав ефіром, що не чинила опору руху небесних світил.  Англійський філософ Вільям Гілберт дійшов подібного висновку, стверджуючи, що зірки нам видні лише тому, що їх оточено тонким ефіром або порожнечею. Це вчення про ефір, виникло у давньогрецьких філософів, у тому числі Арістотеля, який розумів його як середовище, крізь яке рухаються небесні світила.

Концепція Всесвіту, наповненого світловим ефіром, зберігала підтримку серед деяких вчених до початку 20 століття. Ця форма ефіру розглядалася як середовище, крізь яке може поширюватися світло. 1887 року,  дослідом Майкельсона — Морлі намагалися виявити рух Землі крізь це середовище, шукаючи зміни швидкості світла залежно від напрямку руху планети. Однак нульовий підсумок вказував, що з концепцією щось було не так. Тоді ідея світлоносного ефіру була полишена. Її замінила спеціальна теорія відносності Альберта Ейнштейна, яка стверджує, що швидкість світла у вакуумі є постійною величиною, незалежною від руху спостерігача чи системи відліку.

Першим професійним астрономом, який підтримав вчення нескінченного Всесвіту, був англієць Томас Діггес у 1576 році. Але обсяг Всесвіту залишався невідомим до першого успішного вимірювання відстані до сусідньої зірки 1838 року німецьким астрономом Фрідріхом-Вільгельмом Бесселем. Він показав, що у зірки 61 Лебедя був паралакс всього 0,31 кутових секунди (порівняно із сучасним значенням 0,287 ″). Це відповідає відстані понад 10 світлових років. 1917 року, Гебер Дуст Кертіс зазначав, що нові зорі у спіральних туманностях в середньому на 10 величин слабші, ніж галактичні нові, що дозволяє припустити, що перші у 100 разів далі. Відстань до галактики Андромеди було визначено 1923 року американським астрономом Едвіном Габблом, завдяки вимірюванню яскравості змінних цефеїд у цій галактиці — новому способу, відкритому Генрієттою Свон Лівітт. Це встановило, що галактика Андромеди, отже, і всі галактики лежать далеко за межами Чумацького Шляху.

Межа атмосфери[ред. | ред. код]

Чіткої межі між земною атмосферою та космосом не існує, оскільки зі збільшенням висоти атмосфера розріджується поступово. Якби температура була постійною, то тиск би змінювався за експоненціальним законом від 100 КПа на рівні моря до нуля.
Міжнародна авіаційна федерація (ФАІ) робочою межею між атмосферою та космосом встановила висоту 100 км[1] (лінія Кармана).
У США астронавтами вважають людей, що перебували на висоті понад 50 миль (≈80 км).

Межі на шляху до космосу[ред. | ред. код]

  • Рівень моря — 100 кПа (1 атм.; 760 мм. рт. ст;) атмосферного тиску.
  • 4,6 км — Міжнародна Федерація Аеронавтики вимагає додаткового постачання кисню для пілотів та пасажирів.
  • 5,0 км — 50 кПа атмосферного тиску.
  • 5,3 км — Половина усієї атмосфери перебуває нижче цієї висоти.
  • 8,8 км — Найвища точка Землі, вершина гори Еверест.
  • 16 км — Потреба додаткового тиску у кабіні.
  • 18 км — Межа між тропосферою та стратосферою[джерело?].
  • 20 км — Закипання води при кімнатній температурі (тілесні рідини не починають кипіти, оскільки тіло створює достатній внутрішній тиск, щоби запобігти цьому ефекту[джерело?]).
  • 24,7 км — Рекорд висоти для повітряної кулі, керованої людиною[джерело?].
  • 32 км — Турбореактивні двигуни перестають працювати.
  • 45 км — Прямоточні повітряно-реактивні літаки перестають працювати.
  • 50 км — Межа між стратосферою та мезосферою.
  • 80 км — Межа між мезосферою та термосферою.
  • 100 км — Лінія Кармана, що визначає умовну межу між атмосферою та космосом. Аеродинамічні поверхні стають неефективними, оскільки для створення потрібної підйомної сили потрібно досягти першої космічної швидкості.
  • 120 км — Помітні прояви атмосфери під час повернення на Землю з орбіти.
  • 200 км — Найнижча можлива орбіта з короткотерміновою стабільністю (до кількох днів).
  • 350 км — Найнижча можлива орбіта з довготерміновою стабільністю (до кількох років)[джерело?].
  • 690 км — Межа між термосферою та екзосферою.

Вплив відкритого космосу на живі організми[ред. | ред. код]

Усупереч розповсюдженій думці, потрапивши у відкритий космос людина миттєво не замерзне, не вибухне й не знепритомніє, її кров не закипить. Натомість настане швидка смерть від нестачі кисню. Крім того, зі слизових оболонок організму (язик, очі, мембрани в легенях) почне швидко випаровуватись вода. Деякі інші загрози — опіки незахищених ділянок шкіри та ураження інших приповерхневих тканин тіла — почнуться приблизно через 10 секунд. Таким чином, якщо не затримувати подих у легенях, то 30—60 секунд перебування у відкритому космосі не спричинять незворотних травм людському організмові[2].

Поділ космічного простору[ред. | ред. код]

Космічний простір поділяють на такі ділянки, які мають різні властивості[3][4]:

  • навколоземний космічний простір — простір, що розташований за межами атмосфери Землі і виходить на межі орбіти Місяця (включаючи точки Лагранжа системи Земля — Місць) (в англійській мові іноді вживається термін cislunar space[5]). На відміну від інших ділянок космосу навколоземний простір містить космічне сміття — матеріали, що лишилися від людської діяльності на орбітах.
    • ділянку космосу, де гравітація Землі залишається визначальною відносно пертурбацій від Сонця, називають сферою Гілла Землі.
  • міжпланетний простір — простір у Сонячній системі поза навколоземним простором. Його умовною межею вважають геліопаузу. Концентрація частинок у міжпланетному просторі становить менше 107 на см³.
  • міжзоряний простір — простір між зорями всередині галактик. Концентрація атомів у міжзоряному середовищі змінюється від 106 на см³ (на холодних насичених ділянках) до 10−4 на см³ (у гарячих розріджених областях, де речовина здебільшого іонізована). У міжхмарному середовищі (яке охоплює близько половини об'єму галактичного диску) вона становить у середньому 0,2 атома на см³.
  • міжгалактичний простір — частина космосу між галактиками. Заповнена вкрай розрідженим іонізованим газом із середньою густиною близько 1 атома на 1 дм³ (10-4 — 10-2 на см³).

Поряд із цим вживаним є умовний поділ космічного простору за відстанню від Землі на:

  • ближній космос;
  • далекий (глибокий або відкритий) космос.

Чіткої межі між ними не встановлено[6]: одні дослідники проводять межу за гравітаційною сферою Землі (тобто, відносять міжпланетний простір до глибокого космосу)[7], інші ж вважають міжпланетний простір частиною ближнього космосу (тобто, проводять межу ближнього космосу за геліопаузою або за сферою Гілла Сонця)[3].

Космічні польоти[ред. | ред. код]

Щоб вийти на орбіту, тіло має досягти певної швидкості. Космічні швидкості для Землі:

Першим, хто зрозумів, що для досягнення таких швидкостей з використанням будь-якого хімічного палива потрібна багатоступенева ракета, був Костянтин Ціолковський.

Фото, передане з Космічного телескопа імені Хаббла

Відсутність повітря робить космічний простір (та поверхню Місяця) ідеальними місцями для астрономічних спостережень на всіх довжинах хвиль електромагнітного спектру. Космічні телескопи (такі як космічний телескоп «Габбл», космічний телескоп Спітцера, IRAS, WMAP, UHURU, Чандра) попри свої невеликі розміри (порівняно із земними) отримують унікальні дані, які практично неможливо отримати на поверхні Землі. Крім того, неоціненну інформацію про планети, астероїди та комети Сонячної системи отримують за допомогою космічних апаратів.

Правовий статус космічного простору[ред. | ред. код]

Космічний простір відкритий для дослідження і використання всіма державами, він вважається загальною спадщиною людства. Щодо нього діє заборона національного присвоєння (на відміну від повітряного простору над територією держави, щодо якого держава має повний та виключний суверенітет)[1].

Космічний простір частково демілітаризований — заборонено виводити на навколоземні орбіти чи іншим чином розміщувати в космосі ядерну зброю та інші види зброї масового знищення[1].

Однією важливих проблем визнано утворення на навколоземних орбітах космічного сміття, що створює серйозну загрозу для космічних апаратів, призводить до припинення програм польоту, а у випадку пілотованих апаратів — може призвести і до втрати життя[1]. Для запобігання його утворенню Комітетом ООН з використання космічного простору в мирних цілях 2007 року було ухвалено «Керівні принципи запобігання утворенню космічного сміття», які схвалено резолюцією Генеральної Асамблеї ООН № A/RES/62/217 від 01.02.2008 р.[8]

Джерела[ред. | ред. код]

  1. а б в г Міжнародно-правовий режим космічного простору та небесних тіл // Міжнародне публічне право : підручник / за ред. проф. В. М. Репецького. — 2-е вид., стер.. — К. : Знання, 2012. — 437 с.
  2. на сайті NASA. Архів оригіналу за 4 червень 2012. Процитовано 16 серпень 2006. 
  3. а б Космос // Астрономічний енциклопедичний словник / за заг. ред. І. А. Климишина та А. О. Корсунь. — Львів : Голов. астроном. обсерваторія НАН України : Львів. нац. ун-т ім. Івана Франка, 2003. — С. 240. — ISBN 966-613-263-X.
  4. Strickland, John (1 жовтня 2012). The cislunar gateway with no gate. thespacereview.com. Процитовано 4 жовтня 2017. 
  5. Радиолокационное исследование космоса. Школьная Энциклопедия. 11.10.2015 19:33. Процитовано 2018-08-20. (рос.)
  6. Космічний простір // Астрономічний енциклопедичний словник / за заг. ред. І. А. Климишина та А. О. Корсунь. — Львів : Голов. астроном. обсерваторія НАН України : Львів. нац. ун-т ім. Івана Франка, 2003. — С. 236. — ISBN 966-613-263-X.
  7. Н. Р. Малишева, В. В. Семеняка, О. С. Стельмах. Забезпечення міжнародно-правової охорони космічного простору від засмічення // Космічна наука і технологія. — 2015. — Т. 21, вип. 2. — ISSN 1561-8889.

Посилання[ред. | ред. код]

Wikiquote-logo.svg
Вікіцитати має збірку цитат :