卡门线
外太空与地球大气层的界线
卡门线(Kármán line)是一条位于海拔100 km(330,000英尺)处,被大部分认可为外层空间地球大气层的界线的分界线。以物理学家西奥多·冯·卡门的名字命名,此线是国际航空联合会(国际的航空航天标准制定、记录保存机构)所接受的,为现行大气层和太空的界线的定义。
界线定义
卡门线通常被定义为是一条位于海拔100 km(330,000英尺)处,被大部分认可为外太空与地球大气层的界线的分界线。以物理学家西奥多·冯·卡门的名字命名,当达到该高度时,大气层的压力已经非常低,几乎可以忽略不计。这个高度大约在100公里左右,虽然具体数值有所争议。在这个高度以上,航天器需要以更高的速度来克服大气阻力,以维持自由飞行。因此,超过卡门线的高度被认为是进入太空领域的标志。
卡门线的概念在航天历史中非常重要,因为它标志着飞行从航天进入了航空的领域。超过卡门线的航天器可以在没有大气阻力的太空环境中进行自由飞行,并且可以进行宇航员的活动,如实施科学实验、进行航天探索等。
值得一提的是,虽然卡门线被用来界定航天和航空的区别,但实际上,航天器在较低的高度(例如低地球轨道)也可以进行飞行。因此,卡门线更多地被认为是一个概念上的分界线,用来描述进入太空的阶段。
发现命名
卡门线是指在大气层中的一条虚拟边界,位于地球表面上方约100公里的高度。在这个高度以上,大气的稀薄程度会导致航空器需要以超过轨道速度才能够维持飞行。因此,卡门线被视为进入太空的标志,标志着航空的开始。这个概念的提出者西奥多·冯·卡门是一位著名的物理学家,他在航空工程、流体力学固体力学领域有着重要的贡献。
界线特征
中间层热层边界以及电离层都是确定卡门线位置的重要因素。热层是大气层中的一个特殊区域,其高温是由来自太阳的电离紫外辐射引起的。这种辐射的影响使得热层的温度较高。然而,虽然热层的温度很高,但由于原子之间的距离非常遥远,即使在该区域中穿着航天服,也不会受到辐射的影响。
电离层是大气层中另一个重要的区域,位于地球大气层的上层。在电离层中,大气中的原子和分子被来自太阳的高能粒子或紫外辐射电离,使其失去电子,形成电离状态。这使得电离层成为能够反射和传播无线电的区域。电离层的存在对通信和卫星导航系统等技术起着重要作用。综合考虑中间层热层边界以及电离层的特征,卡门线被设定在离地球约100公里的高度,即靠近热层边界。这样一来,航天器在达到卡门线以上的高度后,就可以避开大气阻力并进入太空中进行自由飞行。
相关争议
界线争议
关于卡门线的具体高度存在一些争议,有人提出将太空定义为地球大气层的终点可能更为简单。然而,这样的定义将引入更多的复杂性和问题。如果将太空边界定义为地球大气层的终点,那么要进入地球大气层之外的区域,需要飞行大约10000公里(6000英里)以上,到达地球大气层最高层的顶部才算进入太空。这样的定义会导致许多绕地球轨道的航天器不再被视为"航天器",并且国际空间站(ISS)的访问者也不能再被称为宇航员。
目前,人们普遍接受的太空边界定义是50英里(80公里)和62英里(100公里)。尽管存在争议,卡门线作为进入太空的标志在航天领域中被广泛使用。
回归80公里
根据乔纳森·麦克道威尔的观点,太空边界的确定应该基于物理学的依据,而不是任意设定。他认为,在20世纪60年代初,安德鲁·加拉格尔·哈雷根据西奥多·冯·卡门的准则,确定了太空边界在地球表面上方约52英里(84公里)处,这个高度对应于地球大气层的最散逸层物理边界。由于流星通常在这个高度燃烧尽,因此这个高度被认为是太空边界的实际位置。
然而,在1950年代,美国空军将飞行高度超过50英里(80公里)的试飞员授予宇航员翅膀,因此一些专家认为回归到这个原始定义更为准确。的确,如果将卡门线指定为太空的定义边界,将会剥夺一些最早的先驱试飞员的宇航员身份。综合来看,太空边界的确定仍然存在争议,但从物理学的角度来看,约52英里(84公里)被认为更加准确。
目录
概述
界线定义
发现命名
界线特征
相关争议
界线争议
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参考资料