Касмічная прастора

У паняцця ёсць і іншыя значэнні, гл. Космас.

Касмічная прастора (або проста космас; ад грэч. κόσμος — «парадак, лад; сусвет») — прастора, якая існуе па-за межамі атмасферы Зямлі і паміж нябеснымі целамі^[1]. Яна адрозніваецца надзвычай нізкай шчыльнасцю часціц і ўяўляе сабой амаль ідэальны вакуум^[2]. Касмічны вакуум складаецца пераважна з вадародна-геліевай плазмы, пранізанай электрамагнітным выпраменьваннем, касмічнымі прамянямі, нейтрына, магнітнымі палямі і пылам. Тэмпературны фон космасу вызначае рэліктавае выпраменьванне, якое засталося пасля Вялікага выбуху: яно падтрымлівае базавую тэмпературу на ўзроўні 2,7 кельвіна (−270 °C; −455 °F)^[3].

Паколькі касмічная прастора па сутнасці пустая, яна дазваляе бесперашкодна назіраць самыя раннія (чырванейшыя) галактыкі, як гэта відаць на першым глыбокім полі «Уэба».

Мяркуецца, што міжгалактычная плазма складае каля паловы барыённай (звычайнай) матэрыі ў Сусвеце. Гэта рэчыва вельмі разрэджанае — менш за адзін атам вадароду на кубічны метр, — але пры гэтым мае кінетычную тэмпературу ў мільёны кельвінаў^[4]. Лакальныя згусткі матэрыі з цягам часу скандэнсаваліся ў зоркі і галактыкі, але нават унутры іх пераважае пустэча. Астатняя частка масы і энергіі ў назіральным Сусвеце прыпадае на загадкавыя, пакуль невывучаныя формы: цёмную матэрыю і цёмную энергію^[5][6][7].

Касмічная прастора не мае выразнай мяжы на пэўнай вышыні над паверхняй Зямлі. Як умоўны пачатак космасу ў міжнародных дагаворах і для рэгістрацыі аэракасмічных рэкордаў звычайна выкарыстоўваецца лінія Кармана — вышыня 100 км над узроўнем мора^[8][9]. Некаторыя слаі верхняй стратасферы і мезасферы часам называюць «блізкім космасам». Прававыя асновы касмічнай дзейнасці заклаў міжнародны «Дагавор аб космасе», які набыў моц 10 кастрычніка 1967 года. Ён забараняе краінам абвяшчаць суверэнітэт над касмічнымі аб’ектамі і гарантуе свабоду даследаванняў для ўсіх дзяржаў. Аднак, нягледзячы на рэзалюцыі ААН аб мірным выкарыстанні космасу, на арбіце Зямлі ўжо праводзіліся выпрабаванні супрацьспадарожнікавай зброі.

Уяўленне пра тое, што прастора паміж Зямлёй і Месяцам — гэта вакуум, узнікла ў XVII стагоддзі, пасля адкрыцця зніжэння атмасфернага ціску з вышынёй. Неабсяжныя маштабы космасу былі ўсвядомлены ў XX стагоддзі, калі ўпершыню была вымерана адлегласць да галактыкі Андрамеды. У тым жа стагоддзі пачалося фізічнае асваенне космасу: спачатку з дапамогай вышынных аэрастатаў, потым — ракет, і, нарэшце, у 1961 годзе Юрый Гагарын здзейсніў першы ў гісторыі пілатаваны палёт на арбіту. Праз вялізны кошт вываду грузаў на арбіту пілатаваная касманаўтыка пакуль абмежавана нізкай калязямной арбітай і Месяцам, затое аўтаматычныя апараты ўжо наведалі ўсе вядомыя планеты Сонечнай сістэмы. Космас уяўляе сабой складанае асяроддзе для даследавання чалавекам праз небяспекі вакууму і радыяцыі. Мікрагравітацыя аказвае негатыўны ўплыў на фізіялогію чалавека, выклікаючы як атрафію цягліц, так і страту касцяной масы.

Часам пад космасам разумеюць усю прастору па-за межамі Зямлі разам з усімі астранамічнымі целамі ў ёй. У шырокім сэнсе, космас — сінонім астранамічнага азначэння Сусвету^[10].

Этымалогія

Першапачаткова грэчаскі тэрмін «космас» (κόσμος; «парадак», «светабудова») меў філасофскае значэнне: так старажытныя грэкі называлі гіпатэтычную замкнутую сферу вакол Зямлі, якую лічылі цэнтрам Сусвету^[11].

У мовах лацінскай групы (і запазычаннях з іх) замацаваўся больш практычны тэрмін «прастора» (лац.: spatium → італ.: spazio; ісп.: espacio; фр.: espace → англ.: space), паколькі з навуковага пункту гледжання пустата па-за межамі Зямлі практычна бясконцая. У беларускай, рускай і ўкраінскай мовах гэтыя дзве традыцыі злучыліся. У выніку ўзнікла ўстойлівае словазлучэнне «касмічная прастора». З лінгвістычнага пункту гледжання гэта з’яўляецца плеаназмам (сэнсавай празмернасцю), бо «космас» само па сабе ўжо мае на ўвазе прастору.

Фарміраванне і стан

Храналогія пашырэння Сусвету, на якой прастора ў кожны момант часу схематычна паказана ў выглядзе кругавых сячэнняў. Злева — імклівае інфляцыйнае пашырэнне; у цэнтры пашырэнне паскараецца (мастацкае ўяўленне; час і памеры паказаны не ў маштабе).

Сапраўдны памер усяго Сусвету невядомы; магчыма, ён бясконцы^[12]. Згодна з тэорыяй Вялікага выбуху, каля 13,8 мільярдаў гадоў таму^[13] ранні Сусвет знаходзіўся ў стане касмалагічнай сінгулярнасці бясконца высокай шчыльнасці і тэмпературы, пасля чаго пачаў імкліва пашырацца і астываць^[14]. Прыкладна праз 380 000 гадоў Сусвет астыў дастаткова, каб запаволеныя электроны змаглі аб’яднацца з запаволенымі пратонамі і альфа-часціцамі, утварыўшы атамы вадароду, — наступіла так званая эпоха рэкамбінацыі. Адбылося раздзяленне матэрыі і выпраменьвання, што дазволіла фатонам свабодна перамяшчацца скрозь прастору, якая бесперапынна пашыралася^[15]. Матэрыя, што засталася пасля першаснага пашырэння, пад дзеяннем гравітацыі скалапсавала, сфарміраваўшы зоркі, галактыкі і іншыя астранамічныя аб’екты. Паміж імі застаўся глыбокі вакуум, які і ўтварае тое, што мы сёння называем касмічнай прасторай^[16]. Паколькі хуткасць святла канечная, гэтая тэорыя накладвае абмежаванне на памер назіральнага Сусвету^[15].

Сучасныя ўяўленні пра форму Сусвету заснаваныя на вымярэннях рэліктавага выпраменьвання (касмічнага мікрахвалевага фону), атрыманых з дапамогай такіх спадарожнікаў, як WMAP. Гэтыя назіранні паказваюць, што прасторавая геаметрыя назіральнага Сусвету з’яўляецца «плоскай». Гэта азначае, што фатоны, якія рухаюцца па паралельных траекторыях, застаюцца паралельнымі на ўсім шляху да межаў назіральнага Сусвету (за выключэннем скрыўленняў, абумоўленых лакальнай гравітацыяй)^[17]. Той факт, што Сусвет з’яўляецца плоскім, у спалучэнні з вымеранай шчыльнасцю масы і паскарэннем пашырэння Сусвету, паказвае на наяўнасць у прасторы ненулявой энергіі вакууму, якую называюць цёмнай энергіяй^[18].

Паводле сучасных ацэнак, сярэдняя шчыльнасць энергіі ў Сусвеце эквівалентная 5,9 пратона на кубічны метр, у тым ліку цёмную энергію, цёмную матэрыю і барыённую матэрыю (звычайнае рэчыва, якое складаецца з атамаў). На долю атамаў прыпадае ўсяго 4,6 % ад агульнай шчыльнасці энергіі, што адпавядае шчыльнасці адзін пратон на чатыры кубічныя метры^[19]. Размеркаванне шчыльнасці ў Сусвеце вельмі нераўнамернае: яна вар’іруецца ад адносна высокай у галактыках (і звышвысокай унутры такіх цел, як планеты, зоркі і чорныя дзіркі) да вельмі нізкай у гіганцкіх пустэчах — войдах (прынамсі, з пункту гледжання бачнай матэрыі)^[20].

У адрозненне ад звычайнай і цёмнай матэрыі, цёмная энергія, імаверна, не засяроджваецца ўнутры галактык. І хоць яна можа складаць большую частку ўсёй масы-энергіі Сусвету, унутры Млечнага Шляху ўплыў цёмнай энергіі на пяць парадкаў (г.зн. у 100 000 разоў) слабейшы за гравітацыйнае ўздзеянне звычайнага рэчыва і цёмнай матэрыі^[21].

Межы

Выразнай мяжы не існуе, таму што атмасфера Зямлі разрэджваецца паступова па меры аддалення ад зямной паверхні, і да сённяшняга часу няма адзінага меркавання, што лічыць фактарам пачатку космасу. Калі б тэмпература была пастаяннай, то ціск змяняўся бы па экспанентнаму закону ад 100 кПа на ўзроўні мора да нуля. Міжнародная авіяцыйная федэрацыя ў якасці працоўнай мяжы між атмасферай і космасам усталявала вышыню ў 100 км (лінія Кармана), таму што на гэтай вышыні для стварэння пад’ёмнай аэрадынамічнай сілы неабходна, каб лятальны апарат рухаўся з першай касмічнай хуткасцю, з-за чаго губляецца сэнс авіяпалёту.

Астраномы з ЗША і Канады вымералі граніцу ўплыву атмасферных ветраў і пачатку ўздзеяння касмічных часціц. Яна апынулася на вышыні 118 кіламетраў, але NASA выкарыстоўвае лік 112 км. На гэтай вышыні шатлы пераключаліся са звычайнага манеўравання з выкарыстаннем толькі ракетных рухавікоў на аэрадынамічныя з «апорай» на атмасферу.^[22]

Згодна з іншым пунктам гледжання, космас пачынаецца прыблізна на вышыні 21 мільён кіламетраў — там, дзе практычна знікае гравітацыйнае ўздзеянне Зямлі.

Адрозніваюць так званы блізкі космас, які даследуюць пры дапамозе штучных спадарожнікаў Зямлі, касмічных апаратаў, міжпланетных станцый, і далёкі космас — свет зорак і галактык.

Гл. таксама

• Касмалогія
• Касмагонія