أين نهاية الأرض ويبدأ الفضاء الخارجي؟

أين نهاية الأرض ويبدأ الفضاء الخارجي؟

يحتوي الغلاف الجوي للأرض على طبقات ذات سمات مميزة.

وأين يبدأ الفضاء الخارجي؟

عندما يتسلق متسلقو الجبال جبل إيفرست ، فإنهم يحملون بشكل روتيني أسطوانات الأكسجين ، وهي أجهزة تسمح لهم بالتنفس بحرية على ارتفاعات عالية. هذا ضروري لأنه كلما اقتربت من حافة الغلاف الجوي للأرض ، قل الأكسجين المتاح هناك مقارنة بالكميات الوفيرة الموجودة عند مستوى سطح البحر.

هذا مجرد مثال واحد على مدى تغير الغلاف الجوي للأرض ويعرض التركيب الأولي لطبقاته ، من طبقة التروبوسفير ، بالقرب من مستوى سطح البحر ، إلى الغلاف الخارجي ، في مناطقه الخارجية. يتم تحديد المكان الذي تنتهي فيه كل طبقة وتبدأ من خلال أربع سمات رئيسية ، وفقًا لخدمة الطقس الوطنية : تغير درجة الحرارة ، والتركيب الكيميائي ، والكثافة ، وحركة الغازات داخلها. 

إذن ، مع وضع هذا في الاعتبار ، أين ينتهي الغلاف الجوي للأرض بالفعل؟ وأين يبدأ الفضاء؟

تلعب كل طبقة من طبقات الغلاف الجوي دورًا في ضمان قدرة كوكبنا على استضافة جميع أنماط الحياة ، والقيام بكل شيء بدءًا من منع الإشعاع الكوني المسبب للسرطان وحتى خلق الضغط المطلوب لإنتاج الماء ، وفقًا لوكالة ناسا.

قالت كاترينا بوسرت ، عالمة فيزياء الفضاء في جامعة ولاية أريزونا : "كلما ابتعدت عن الأرض ، يصبح الغلاف الجوي أقل كثافة". "يتغير التركيب أيضًا ، وتبدأ الذرات والجزيئات الأخف في الهيمنة ، بينما تظل الجزيئات الثقيلة أقرب إلى سطح الأرض."

كلما تحركت في الغلاف الجوي ، يضعف الضغط أو وزن الغلاف الجوي فوقك بسرعة. على الرغم من أن الطائرات التجارية تحتوي على كبائن مضغوطة ، إلا أن التغيرات السريعة في الارتفاع يمكن أن تؤثر على قناتي استاكيوس النحيفة التي تربط الأذن بالأنف والحنجرة. قال ماثيو إيجل ، الأستاذ المساعد في علوم الغلاف الجوي بجامعة كاليفورنيا في ديفيس: "هذا هو السبب في احتمال فرقعة أذنيك أثناء الإقلاع على متن طائرة".

في النهاية ، يصبح الهواء رقيقًا جدًا بحيث لا تستطيع الطائرات التقليدية الطيران على الإطلاق ، مع عدم قدرة هذه المركبة على توليد قوة رفع كافية. هذه هي المنطقة التي قرر العلماء أنها تمثل نهاية غلافنا الجوي ، وبداية الفضاء.

يُعرف باسم خط كارمان ، الذي سمي على اسم تيودور فون كارمان ، الفيزيائي الأمريكي المجري الذي أصبح ، في عام 1957 ، أول شخص يحاول تحديد الحدود بين الأرض والفضاء الخارجي ، وفقًا لـ EarthSky .

هذا الخط ، نظرًا لأنه يمثل الحد الفاصل بين الأرض والفضاء ، لا يشير فقط إلى مكان تكمن حدود الطائرة ، ولكنه أيضًا مهم للعلماء والمهندسين عند اكتشاف كيفية إبقاء المركبات الفضائية والأقمار الصناعية تدور حول الأرض بنجاح. قال بوسيرت: "خط كارمان هو منطقة تقريبية تشير إلى الارتفاع الذي ستتمكن الأقمار الصناعية فوقه من الدوران حول الأرض دون الاحتراق أو السقوط من المدار قبل الدوران حول الأرض مرة واحدة على الأقل". 

وأضاف إيجل: "يتم تعريفها عادةً على أنها 100 كيلومتر [62 ميل] فوق الأرض". "من الممكن أن يدور شيء ما حول الأرض على ارتفاعات أقل من خط كارمان ، لكن ذلك يتطلب سرعة مدارية عالية للغاية ، والتي سيكون من الصعب الحفاظ عليها بسبب الاحتكاك. لكن لا شيء يمنع ذلك.  

وقال: "هنا يكمن المعنى الذي يجب أن يتمتع به المرء لخط كارمان: إنه عتبة خيالية ولكنها عملية بين السفر الجوي والسفر في الفضاء". 

تلعب عوامل مختلفة ، مثل حجم القمر الصناعي وشكله ، دورًا في تحديد مقدار مقاومة الهواء التي سيواجهها ، وبالتالي قدرته على الدوران حول الأرض بنجاح ، وفقًا لبوسرت. عادةً ، الأقمار الصناعية الموجودة في مدار أرضي منخفض - تصنيف يميل إلى أن يُعطى للأقمار الصناعية على ارتفاع أقل من 621 ميلاً (1000 كم) ولكن أحيانًا منخفضة تصل إلى 99 ميلاً (160 كم) فوق الأرض ، وفقًا للفضاء الأوروبي وكالة - ستسقط من المدار بعد بضع سنوات ، قال بوسيرت ، بسبب "السحب من الغلاف الجوي العلوي للأرض الذي يبطئ تدريجياً السرعة المدارية." 

رسم توضيحي لطبقات الغلاف الجوي للأرض

ومع ذلك ، هذا لا يعني أن الغلاف الجوي للأرض لا يمكن اكتشافه على بعد 621 ميلاً.

قال بوسرت: "الغلاف الجوي لا يختفي بمجرد دخولك المنطقة التي تدور فيها الأقمار الصناعية". "إنه على بعد آلاف وآلاف الكيلومترات قبل زوال الدليل على الغلاف الجوي للأرض. يمكن أن تمتد الذرات الخارجية جدًا من الغلاف الجوي للأرض ، وذرات الهيدروجين التي تشكل الكرونة الأرضية [المنطقة الخارجية من الغلاف الجوي] ، إلى ما وراء القمر ."  

لذا ، إذا وصل شخص ما إلى خط كارمان ، فهل سيلاحظ أي شيء؟ هل سيكونون مدركين أنهم كانوا ، في الأساس ، متداخلين على الحدود بين الأرض والفضاء؟ ليس صحيحا. قال بوسيرت "لا شيء يتغير حقا".

وافق إيجل. وقال "الخط ليس ماديا في حد ذاته ولذا لن يلاحظ المرء عبوره وليس له أي سمك".

ماذا عن القدرة على البقاء ، ولو لفترة وجيزة ، في خط كارمان؟ ماذا لو سقطت هناك بدون بدلة فضاء مخصصة أو خزان أكسجين على طراز تسلق الجبال؟ إذا تمكنت من الوصول إليه ، فهل ستكون قادرًا على التنفس على مثل هذا الارتفاع العالي؟ وهل يمكن أن تصل الطيور إلى مثل هذه المرتفعات؟

قال إيجل: "من حيث المبدأ ، لا يزال الطيران ممكنًا حتى خط كارمان". "ولكن من الناحية العملية ، لا يمكن للحيوانات البقاء على قيد الحياة على ارتفاعات أعلى من" حد أرمسترونج "، الذي يبلغ حوالي 20 كيلومترًا [12 ميلًا] فوق السطح ، حيث تكون الضغوط منخفضة جدًا لدرجة أن السائل في الرئتين يغلي".