tilaa

Ilmakehän kerrokset (ei mittakaavassa)

Tila viittaa tilaan väliseen taivaankappaleita . Ilmakehää kiinteiden ja kaasumaisten taivaankappaleissa (kuten tähdet ja planeetat ) ei ole kiinteää ylärajaa, mutta vähitellen ohentunut etäisyyden kasvaessa taivaankappale. Tietyn korkeuden yläpuolella puhutaan avaruuden alusta.

Avaruudessa on korkea tyhjiö ja alhainen hiukkastiheys. Se ei kuitenkaan ole tyhjä tila, vaan sisältää kaasuja , kosmista pölyä ja alkeishiukkasia ( neutriinoja , kosmista säteilyä , hiukkasia) sekä sähköisiä ja magneettikenttiä , gravitaatiokenttiä ja sähkömagneettisia aaltoja ( fotoneja ). Lähes täydellinen avaruuden tyhjiö tekee siitä erittäin läpinäkyvän ja mahdollistaa erittäin kaukana olevien kohteiden, kuten muiden galaksien , havainnoinnin . Kuitenkin, kvasaarit valmistettu tähtienvälisen aineen voi myös vakavasti estä näkyvyyttä objektien takana.

Avaruuden käsitettä ei pidä rinnastaa maailmankaikkeuteen , joka on saksalaisnimi koko maailmankaikkeudelle ja joka sisältää siten kaiken , mukaan lukien tähdet ja planeetat itse. Siitä huolimatta saksankielistä sanaa "Weltall" tai "All" käytetään puhekielellä merkityksellä "Weltraum".

Avaruustutkimukseen on nimeltään avaruustutkimusta . Matkailu tai kuljetus avaruudessa tai sen kautta tunnetaan avaruusmatkana .

Siirtyminen avaruuteen

Maan ilmakehän ja avaruuden välinen siirtymävyöhyke, puolikuun taustalla. Kuva otettu ISS: stä .

Siirtyminen maan ilmakehän ja avaruuden välillä on sujuvaa. FAI Internationale (FAI) rajan määrittelee avaruuteen 100 km merenpinnan yläpuolella , Kármán linja . Tässä korkeudessa lentoon tarvittavan hissin saavuttamiseksi vaadittava nopeus on sama kuin satelliitin kiertonopeus , joten tämän linjan yläpuolella ei ole enää merkitystä puhua ilmailusta . Tästä poiketen NASA , Yhdysvaltain ilmavoimat määrittelee jo 50 mailin (noin 80 km) korkeuden avaruuden alkupisteeksi. Molemmat rajaksi ehdotetut korkeudet ovat korkeassa ilmakehässä . Kansainvälisen oikeuden sitovien korkeus reunan tilaa ei ole olemassa.

Toinen käsiteltävä korkeusmääritys on maapallon satelliitin pienin mahdollinen perigee- korkeus , koska ohuella ilmakehällä on jarrutusvaikutus, jota ei voida laiminlyödä edes sadan kilometrin yli. Pienin mahdollinen perigee-korkeus avaruusalukselle, jonka propulsiojärjestelmä kiertää maata elliptisesti, on noin 130 kilometriä. Voimattomalle avaruusalukselle se on noin 150 kilometriä. Mutta jopa 400 kilometrillä, kansainvälisen avaruusaseman korkeudessa, ilmakehän jarrutusvaikutus voidaan silti tuntea, mikä saa ISS: n menettämään jatkuvasti korkeuttaan ja joutumaan toistuvasti työntämään takaisin korkeammalle kiertoradalle telakoitujen avaruusalusten avulla.

Venuksen Kármán-linja on noin 250 kilometriä, Marsin noin 80 kilometriä. Taivaankappaleissa, joissa ei ole ilmakehää tai ei juurikaan ole ilmakehää, kuten elohopea , maapallon kuu tai asteroidit , avaruus alkaa suoraan kehon pinnalta.

Kun avaruusalus uudelleen syöttää ilmakehässä paluuta korkeus määritetään laskennassa lentoradan jotta vaikutus tunnelma on käytännössä merkityksetön jopa paluuta pisteen; tästä lähtien se on otettava huomioon. Yleensä paluutaso on yhtä suuri tai korkeampi kuin Kármán-viiva. NASA käyttää 400 000 jalkaa (noin 122 kilometriä) maan paluukorkeudeksi.

Alueet

Magnetosfäärin kilvet maa pois aurinkotuulen : pakatun keula paineaalto syntyy on päivän puolella ja pitkä magneettinen hännän yönä puolella.

Maan lähellä olevan avaruuden, planeettojen välisen avaruuden , tähtienvälisen avaruuden , galaktisten tilojen ja tyhjien tilojen välillä on suuria eroja .

Lähes maapallon avaruus

Maapallon lähellä olevaa avaruutta, joka tunnetaan myös nimellä geotila , hallitsee maan magneettikenttä (eikä auringon magneettikenttä ). Se ulottuu ilmakehän ylemmiltä alueilta maan magnetosfäärin rajaan . Tämä mittaa noin kymmenen maan sädettä (noin 60000 km) aurinkoisella puolella ja noin sata maan sädettä (600 000 km) yön puolella pitkän hännän muodossa. Maanpäällinen magnetosfääri ohjaa aurinkotuulen, joka virtaa pois auringosta maan ympäri, ja suojaa sitä siten suurimmalta osalle eläville olennoille vaarallisista hiukkasvirtauksista. Vain pieni osa aurinkotuulesta saavuttaa maan ilmakehän napojen lähellä, missä se tulee näkyviin aurora borealiksena.

Muutoksia planeetanvälisessä väliaineessa lähellä maapalloa olevassa avaruudessa kutsutaan avaruus sääksi . Tärkeimmät syyt ovat muutokset aurinkotuulen ja kosmisten säteiden Linnunradan . Näiden vaikutusten takia aine, hiukkaset ja säteilyvirrat pääsevät maan ympäristöön epäsäännöllisin välein.

Kaikilla taivaankappaleilla ei ole tällaisia ​​magneettikenttiä. Esimerkiksi kuu altistuu aurinkotuulelle ilman suojaa.

Maan magnetosfäärin sisäpinta on toroidinen plasmapallo, joka on täytetty suhteellisen viileällä plasmalla (esitetty punaisella viereisessä kuvassa). Maanpäällisessä magnetosfäärissä on myös toroidinen säteilyhihna , Van Allen Belt . Kova ionisoiva säteily vallitsee tässä lähellä maapallon avaruutta .

Planeettojen välinen tila

Napsauta kuvaa tunnistaaksesi sen : " Avaruusalus Earth " pienenä "vaaleansinisenä pisteenä " planeettojen välisessä avaruudessa, otettu noin 40,5 AU: n (noin 6 miljardia km) etäisyydeltä Voyager 1 -avaruusaluksesta 14. helmikuuta 1990. värilliset raidat ovat diffraktiokuvioita kameran linssistä.

Heliosfääri vaikutuksen alaisena tähtienvälisen kaasun

Planeettien välinen tila on aurinkokuntamme tila, joka on täynnä planeettojen välistä pölyä , aurinkotuulta ja auringon magneettikenttää . Auringon magneettikenttä on vuorovaikutuksessa aurinkotuulen kanssa ja määrää suurelta osin sen virtauksen. Päinvastoin, aurinkotuuli sähköä johtavana plasmana johtaa ja vahvistaa myös auringon magneettikenttää.

Planeettojen välinen tila on tila heliosfäärissä heliopausin rajakerrokseen asti . Heliosfäärin arvioitu säde on noin 110-150 AU, ja se puolestaan ​​suojaa aurinkokuntaa ja planeettoja erittäin korkean energian kosmisilta säteiltä.

Tähtienvälinen tila

Tähtien välinen kaasu- ja pölypilvi, jonka pituus on noin yksi valovuosi

Tummatähtien syntymäpaikat Kotkan Nebulassa

Tähtienvälinen tila kuvaa tilaa galaksin tähtien astropaussin välillä . Hän on täynnä tähtienvälistä ainetta ja galaktista magneettikenttää. Tähtienvälisen aineen on keskeinen rooli astrofysiikan , koska se luo tähdet, jotka , jossa tähtien tuulet ja supernovat, myös vapauttaa materiaa tähtienvälisen avaruuden.

Tähtienvälisessä tilassa on alueita, joiden hiukkastiheys on suurempi, ja niitä kutsutaan tähtienvälisiksi pilviksi . Ero tehdään eri tyyppisten tällaisten pilvien niiden tiheyden mukaan, koko ja lämpötila: in HI alueilla vety on neutraalisti atomi, ja H-II alueilla ionisoituneen atomisesti (plasma tila koostuu yksittäisistä protonit), ja molekyyli- pilvet kuten molekulaarista vetyä (H ₂ ). Gravitaation supistuminen luo molekyylipilvistä uusia tähtijärjestelmiä. Myös aurinkokuntamme syntyi tällaisesta pilvestä, alkupilvestä .

Aineen tiheys tähtienvälisessä väliaineessa voi vaihdella suuresti. Keskimäärin se on noin 10 ⁶ partikkelia per kuutiometri, mutta kylmässä molekyylipilvet se voi olla 10 ⁸ kohteeseen 10 ¹² partikkelia per kuutiometri. Jättimäisillä molekyylipilvillä voi olla miljoonia kertoja auringon massa ja ne muodostavat huomattavan osan tähtienvälisessä väliaineessa olevasta massasta.

Kun nopeus tähti on suhteellisen suuri riittävän tähtienvälinen aine rajoille Astro taukoja, sokkirin (Englanti keula iskuille ) voi esiintyä. Auringon tapauksessa nopeus on todennäköisesti liian pieni tätä varten, joten jousen iskuaaltoon oletetaan vain suhteellisen lempeä keula-aalto .

NASA ilmoitti 12. syyskuuta 2013, että Voyager 1 -avaruusalus oli lähtenyt heliosfääristä 25. elokuuta 2012, kun se rekisteröi äkillisen plasmatiheyden kasvun. Voyager 1 oli ensimmäinen ihmisen tekemä esine, joka saavutti tähtienvälisen avaruuden. Sisko koetin Voyager 2 vasemmalle heliosfääri toisena tavoitteena 5. marraskuuta 2018.

Aurinko on ylittänyt paikallisen hiutaleen noin 100 000 vuotta , alueen tähtienvälisessä tilassa, jonka tiheys on suurempi kuin sen ympäristössä, ja sen odotetaan poistuvan uudestaan ​​10000 - 20 000 vuoden kuluttua. Paikallinen hiutale sijaitsee paikallisessa kuplassa , Linnunradan alueella, jolla on pienempi tiheys.

Galaktien välinen tila

Tietokoneen simulointi 43 × 43 × 43 megaparsekin avaruudesta : Se näyttää logaritmisessa aikavälissä kuinka alueet, joilla aineen tiheys on suurempi, supistuvat painovoiman kautta ja luovat kosmisia tyhjiä tiloja .

Galaktien välinen tila on galaksien välinen tila. Suurin osa maailmankaikkeudesta on intergalaktinen tila. Galaktien välinen väliaine koostuu pääasiassa ionisoidusta vetykaasusta / plasmasta (HII), ts. Yhtä suurista määristä vapaita protoneja ja elektroneja.

Galaksien välinen galaktien välinen väliaine ei ole jakautunut tasaisesti, vaan se esiintyy pikemminkin säikeisissä yhteyksissä, filamenteissa . Galaxy-klusterit ja superjoukot sijaitsevat niiden solmuissa . Filamenttien välissä on valtavia aukkoja, joiden aineen tiheys on paljon pienempi, joita kutsutaan tyhjeiksi . Ontelot sisältävät vain muutaman galaksin. Hehkulangat ja huokoset ovat maailman suurimpia tällä hetkellä tunnettuja rakenteita.

Galaktien välinen väliaine on jaettu kahteen tyyppiin. Kaasu, joka virtaa onteloita alueelle filamenttien kuumenee lämpötilaan 10 ⁵  K 10 ⁷  K. Tämä on tarpeeksi kuuma, että atomien törmääessä elektronit erotetaan vetyytimistä, minkä vuoksi se esiintyy ionisoituna plasmana. Tätä kutsutaan Warm-Hot Intergalactic Mediumiksi (WHIM). (Vaikka maapallon mukaan plasma on erittäin kuuma, 105 ⁵  K: ta kutsutaan usein "lämpimäksi" astrofysiikassa .) Tietokonesimulaatiot ja havainnot osoittavat, että jopa puolet maailmankaikkeuden atomimassasta on tässä laimeassa, lämpimässä-kuumassa. plasman tila.

Jossa kaasu virtaa laminaarirakenteet että Whim osaksi solmut kosmisen filamenttien, se lämpenee edelleen ja saavuttaa lämpötiloissa 10 ⁷  K 10 ⁸  K, joskus jopa yli. Tätä galaktien välistä väliainetta kutsutaan klusterinsisäiseksi väliaineeksi (ICM). Se voidaan havaita sen voimakkaan röntgensäteilyn kautta .

Tilan lämpötila

Itse huoneelle ei voida määrittää lämpötilaa , vain sen aine ja siinä vaikuttava säteily . Avaruuden (hyvin ohut jakautunut) aineella voi olla erittäin korkea lämpötila. Maanpäällinen korkea ilmakehä saavuttaa noin 1400 kelvinin lämpötilan  . Galaktien välinen plasma, jonka tiheys on alle yksi vetyatomi kuutiometriä kohti, voi saavuttaa useita miljoonia kelvinejä; joka galaksijoukko kuten Perseus Cluster myös 100 miljoonaa Kelvin. Korkea lämpötila johtuu hiukkasten suuresta nopeudesta. Se näkyy esimerkiksi voimakkaassa röntgensäteessä , joka lähtee tällaisesta kuumasta galaksien välisestä plasmasta. Tavallinen lämpömittari kuitenkin näyttää lämpötilat lähellä absoluuttista nollaa , koska hiukkastiheys on aivan liian matala mitattavan lämmönsiirron aikaansaamiseksi .

Mikroaaltouuni tausta säteily mitataan kaikkiin suuntiin on 2,725 Kelvin (-270,425 ° C), ja on teoreettinen tasapaino lämpötila aineen, jos sitä ei luoda omaa lämpösäteilyä läpi energian muuntaminen . Koska Joule-Thomson vaikutus , on myös kylmempää alueita. Bumerangi sumu on kylmin luonnollinen lämpötila miinus 272 astetta - vain yhden asteen absoluuttisesta nollapisteestä.

Maan lähellä tai planeettojen välisessä avaruudessa olevat kiinteät aineet kokevat suurta säteilylämpöä heidän puolellaan aurinkoa kohti, mutta suurta kylmyyttä puoleltaan päin päin, koska ne itse säteilevät lämpöenergiaansa avaruuteen. Esimerkiksi maapallon kuun pinta voi saavuttaa jopa 130 ° C: n lämpötilan aurinkoa osoittavalla puolella, kun taas auringosta poispäin olevalla puolella se laskee noin -160 ° C: seen. Samoin esimerkiksi avaruuspuvussa on astronautti , joka sitoutuu ulkoista tehtävää on kansainvälinen avaruusasema , saa noin 100 ° C: puolella aurinkoon. Maan yön puolella aurinkosäteily on varjossa, ja maan heikko infrapunasäteily antaa avaruuspuvun jäähtyä noin −100 ° C: seen.

Avaruus ja painottomuus

Toisin kuin maallikot usein ajattelevat, avaruudessa ei ole yleistä painottomuutta . Painovoima keskinäisen vetovoima massojen toimii kaikkialla ja yli suurimman matkoja. Painottomuutta esiintyy aina avaruudessa, kun keho kokee vain painovoiman kiihtyvyyksiä niin, että se on vapaassa pudotuksessa . Tarvittaessa vapaa pudotus johtaa kehon kiertoradalle taivaankappaleen ympäri.

Aina kun avaruusalus kiihtyy tai jarruttaa itsestään, se ei ole enää vapaassa pudotuksessa ja kiihtyvyys ( g-voima ) voidaan tuntea. Pyörivä elin myös kokee keskipakovoima , joka vastaa sen koko ja pyörimisnopeus . Molemmat voimat johtuvat ruumiin hitaudesta .

Aina kun ruumis estetään kaatumisestaan, se kokee raskautta vastavoimasta . Jos planeetta tai kuu ei sisällä ilmakehää (kuten maapallon kuu ), avaruus ulottuu maahan. Kaikki taivaankappaleen pinnalla olevat esineet ovat siis myös avaruudessa samanaikaisesti. Koska maa estää heidän putoamisensa, he eivät koe painottomuutta, vaan taivaankappaleen normaalin painovoiman.

Ihminen avaruudessa

• Katso myös avaruusvastuu , avaruusasutus , avaruusmatkailu , avaruusjoukot , avaruusase , avaruusaika

Avaruusmatkailu

Ensimmäinen kuva avaruudesta, otettu noin 105 km: n korkeudelta muunnetulta Valkohiekkaiselta alueelta - A4 , 24. lokakuuta 1946

Astronautti Bruce McCandless (1984)

Historia avaruusmatka alkaa kehitystä raketti ja ohjusteknologia , erityisesti rakettimoottorit . Katso Luettelo käynnistysohjelman käynnistyslistoista .

Miehittämätön avaruusmatka

Ensimmäinen ihmisen tekemät esineet murtaa rajan avaruuteen olivat ballististen tykistön raketti aseita on Aggregat 4 tyyppi ( "A4" lyhyitä), joka kehitettiin jonka Saksan valtakunnan johdolla Werner von Braun aikana toisen maailmansodan ja joita käytettiin sotatarkoituksiin vuodesta 1942. Natsipropagandan kastetut tämä raketti malli " Vergeltungswaffe 2" vuonna 1944 , tai "V2" lyhyeksi.

Kanssa Käyttö Pilvistä ja myöhempien ohjelmien, Saksan johtava raketti insinöörien, kuten Werner von Braun, siirrettiin Yhdysvaltoihin jälkeen toisen maailmansodan. Yhdysvaltojen avaruuskehitys alkoi A4: n ja saksalaisten insinöörien vangitsemalla tekniikalla.

Neuvostomaihin myös sai alkunsa Saksan A4 raketti, joka vuoden 1945 jälkeen, mukana useita ohjus insinöörit, tuli sotasaaliina Neuvostoliitolle. Alle Sergei Pawlowitsch Koroljow , A4 ensin kopioitu, sitten 1950 maailman ensimmäisen ICBM ja kantoraketin R-7 kehitetty ja käytetty vuodesta 1953. Ensimmäinen keinotekoinen maasatelliitti, Sputnik 1 , käynnistettiin vuonna 1957 R-7: llä . Tämä teki selväksi, että Neuvostoliitto oli teknologisesti vähintään yhtä suuri kuin Yhdysvallat avaruusmatkansa kehityksessä (" Sputnik-shokki ").

Miehittämättömät avaruusmatka, muun muassa kantorakettien, keinotekoiset satelliitit , avaruusluotaimia ja avaruus kaukoputket käytetään kuin avaruusalus .

Miehitetty avaruuslento

Miehitettyjä alkoi aikakaudella kylmän sodan aikana " avaruuteen " alueelle konfliktin suurvaltojen Yhdysvaltojen ja Neuvostoliiton . Ensimmäinen ihminen avaruudessa oli Neuvostoliiton kosmonautti Juri Gagarin 12. huhtikuuta 1961 . Ensimmäinen Yhdysvaltain astronautti avaruudessa muutama viikko myöhemmin 5. toukokuuta 1961 oli Alan Shepard ; ensimmäinen (ja pitkään ainoa) nainen avaruudessa oli Valentina Vladimirovna Tereškova vuonna 1963 . Vuonna 1965 Aleksei Leonów oli ensimmäinen henkilö jättää hänen avaruusalus on avaruuspuku ja kellua vapaasti avaruudessa aikana ulkoista tehtävän. Ensimmäinen saksalainen 1978 Sigmund Jähn ; ensimmäinen itävaltalainen vuonna 1991 Franz Viehböck ja ensimmäinen (ja toistaiseksi ainoa) sveitsiläinen vuonna 1992 Claude Nicollier .

Johdolla Werner von Braun, Saturnus raketti perhe kehitettiin siviili Yhdysvaltain liittovaltion virasto NASA osana Yhdysvaltain Apollo-ohjelma . Nämä voimakkaat kantoraketit, jotka alkoivat käyttää vuonna 1961 ja päättyivät vuonna 1975, olivat ensimmäinen ja toistaiseksi ainoa kerta, kun ihmiset vietiin pidemmälle kuin matalan maan kiertorata. Kaikkiaan 24 astronauttia lennettiin Kuuhun Saturnuksen rakettien avulla, joista 12 tuli kuun pinnalle. Neuvostoliiton Kuuohjelma lopetettiin 4 varaslähdön suurten N1 raketti ilman kosmonautti jolla asettaa jalka on kuu.

Miehityissä avaruusmatkoissa käytetään kantoraketteja, avaruusaluksia, avaruussukkuloita , avaruuskoneita ja avaruusasemia .

Avaruuslaki

Haara laki , joka liittyy kansallisten ja kansainvälisten toimintojen paikallinen kutsutaan avaruuden lakia.

Ulkoavaruutta sopimus hyväksyttiin jonka YK 1967 ( sopimus periaatteista toiminta valtioiden tutkiessa ja käyttäessä ulkoavaruutta, siihen luettuna kuu ja muut taivaankappaleet ) on perussopimus avaruuden lakia.

Raaka-aineiden kehittäminen

Meteoriitit mahdollistavat johtopäätösten tekemisen asteroidien kemiallisesta koostumuksesta

Oletetaan, että raaka-aineita , kuten kiviä , jalometalleja tai harvinaisia ​​maametalleja, löytyy avaruudessa olevista taivaankappaleista tai niiden pinnasta suuressa määrin ja suurella taloudellisella arvolla. Esimerkiksi maapallon asteroidit koostuvat 30% metalleista , kuten raudasta ja nikkelistä , ja pienemmistä määristä kobolttia , kultaa tai platinaa .

Kaivos avaruudessa on edelleen vain yhteinen termi vastaaville visioille ja tulevaisuuden käsitteille.

Vuonna 2014 ESA: n tutkijat esittivät ideoita kuun taloudellisesta kehityksestä ESOF: n tiedekonferenssissa Kööpenhaminassa .

Vuonna 2015 Yhdysvallat antoi lain kivien kaupallisesta käytöstä avaruudessa kansalaisilleen. Yhdysvaltalainen Deep Space Industries (DSI), jonka tavoitteena on kehittää tätä potentiaalista sektoria, veti vuonna 2016 yhtäläisyyksiä villin lännen historiallisen maankäytön ja 1800-luvulla Kalifornian kultamyrskyn kanssa houkutellakseen sijoittajia.

Marraskuussa 2016 EU: n pieni Luxemburgin osavaltio esitti lakiesityksen raaka-aineiden louhimisesta avaruudessa, jonka tarkoituksena on antaa tutkijoille ja sijoittajille oikeusvarmuus avaruuden omistamisesta. Luxemburgin perustaman avaruusresursseja koskevan aloitteen tarkoituksena on saada raaka-aineita, kuten metalleja ja mineraaleja , mutta myös vettä maan lähellä olevista taivaankappaleista. Niitä tulisi käyttää ensisijaisesti avaruudessa avaruusmatkailuun ja mahdollistamaan uuden avaruusalan : vettä ja happea voitaisiin käyttää polttoaineena avaruusajoneuvoille tai astronautteja voidaan toimittaa asteroidien vedellä. Yhdysvaltain yritykset, kuten DSI ja Planetary Resources (PR), ovat jo perustaneet eurooppalaiset toimistot Luxemburgiin. Luxemburgin hallitus itse tukee aluksi "avaruuslouhintaa" 200 miljoonalla eurolla.

Katso myös

• Luettelo avaruusmiehistä , avaruusvaltio

Yksittäiset todisteet