Ликбез RnD.CNews: что такое граница космоса и где она проходит

Линия Кармана находится примерно в 100 км над поверхностью Земли, и обычно ее считают местом, где заканчивается Земля и начинается космическое пространство. Но точная высота начала космоса — это то, о чем ученые спорили еще до того, как на орбиту отправился первый космический корабль.

Что такое линия Кармана?

Линия Кармана примерно отмечает высоту, на которой традиционные самолеты больше не могут эффективно летать. Все, что движется выше линии Кармана, нуждается в силовой установке, которая не полагается на подъемную силу, создаваемую атмосферой Земли — воздух на такой высоте слишком разрежен. То есть его плотность настолько мала, что любой аппарат, который удерживается в воздухе аэродинамическими силами, уже должен оснащаться реактивным двигателем.

Линия Кармана получила свое название в честь пионера авиакосмической промышленности Теодора фон Кармана. В годы Первой мировой войны он работал над ранними проектами вертолетов. Затем в 1930 году фон Карман переехал в Соединенные Штаты и стал экспертом по ракетам и сверхзвуковым полетам во время Второй мировой войны. И, наконец, в 1944 году он с коллегами основал Лабораторию реактивного движения, сейчас ведущую лабораторию НАСА, и был одним из первых, кто рассчитал высоту, выше которой аэродинамическая подъемная сила не может удерживать самолет в воздухе. 

Фон Карман предположил, что наиболее разумная граница космоса будет находиться там, где орбитальные силы превышают аэродинамические. Он рассчитал теоретический предел — 83 км, и выше его продолжить движение может только аппарат с ракетным двигателем. Международная авиационная федерация из-за разницы в системах мер в разных странах приняла более «красивое» круглое число — 100 км. 

ООН исторически считала линию Кармана границей космоса. Международной авиационной федерацией это число используется для регистрации рекордов в авиации и космонавтике.

Но правительство США неохотно соглашается с этим: в США люди, которые совершают полет на высоту более 80,45 км, обычно получают звание астронавта.

Альтернативные границы космоса

По словам историка космических полетов Джонатана Макдауэлла, опубликовавшего статью на эту тему в журнале Acta Astronautica еще в 2018 году, линия Кармана — скорее, «народная теорема». Первые же полноценные публикации о границе космоса были сделаны Эндрю Галлахером Хейли — первым в мире практиком космического права. В начале 1960-х годов Хейли применил критерии фон Кармана (орбитальные силы, превышающие аэродинамические) более конкретно, определив, что фактическая граница космоса находится на высоте около 80 км над землей. Эта высота соответствует мезопаузе — слою атмосферы, разделяющему мезосферу и термосферу, которая является самой дальней физической границей атмосферы Земли и где обычно сгорают метеоры.

С точки зрения Макдауэлла, меньшая высота является более точной, и граница между Землей и космосом не может быть произвольной — она должна основываться на физике.

Канадцы же решили определить точку, которая разделяет относительно слабые ветры земной атмосферы и космические ветры, когда частицы несутся со скоростью до 1000 км/ч. В 2007 году с этой целью к границе космоса был отправлен прибор Supra-Thermal Ion Imager. По итогам изучения «межпланетной погоды» выяснилось, что граница космоса пролегает в 118 км от Земли. 

Таким образом, любая цифра, обозначающая границу космоса, лишь условна. С точки зрения физики пока нельзя прийти к единому мнению.