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 вызначаецца рэліктавым выпраменьваннем, 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 назіраным 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.

Гісторыя адкрыцця і вывучэння

Падрабязней гл. таксама: Храналогія вывучэння галактык, скопішчаў галактык і буйнамаштабнай будовы Сусвету

Старажытныя ўяўленні

У 350 годзе да н. э. грэчаскі філосаф Арыстоцель вылучыў тэзіс пра тое, што «прырода не церпіць пустэчы». Гэты прынцып, які стаў вядомым як horror vacui («страх пустэчы»), абапіраўся на анталагічныя аргументы філосафа V стагоддзя да н. э. Парменіда, які адмаўляў саму магчымасць існавання небыцця (пустэчы) у прасторы^[12]. Праз перакананасць у немагчымасці вакууму на Захадзе стагоддзямі панавала меркаванне, што космас не можа быць пустым^[13]. Нават у XVII стагоддзі французскі філосаф Рэнэ Дэкарт працягваў сцвярджаць, што ўся прастора без астатку запоўнена матэрыяй^[14].

Іншая карціна назіралася ў старажытным Кітаі. Астраном II стагоддзя Чжан Хэн быў перакананы, што космас бясконцы і распасціраецца далёка за межы механізма, які ўтрымлівае Сонца і зоркі. У працах школы Сюань-е, якія захаваліся да нашых дзён, гаворыцца, што нябёсы бязмежныя, «пустыя і пазбаўленыя субстанцыі». Аналагічным чынам апісваліся і нябесныя целы: «сонца, месяц і мноства зорак плаваюць у пустой прасторы, рухаючыся або застаючыся нерухомымі»^[15].

Навуковая рэвалюцыя: доказ вакууму

Італьянскі вучоны Галілеа Галілей ведаў, што паветра мае масу і, такім чынам, схільнае да гравітацыі. У 1640 годзе ён прадэманстраваў, што пэўная сіла перашкаджае ўзнікненню вакууму. Аднак стварыць апарат для атрымання частковага вакууму ўдалося толькі ягонаму вучню, Эванджэлісце Тарычэлі, у 1643 годзе. Гэты эксперымент прывёў да вынаходства першага ртутнага барометра і стаў навуковай сенсацыяй у Еўропе. Тарычэлі выказаў здагадку: калі паветра мае вагу, то атмасферны ціск павінен падаць з наборам вышыні^[16]. Для праверкі гэтай гіпотэзы французскі матэматык Блез Паскаль прапанаваў правесці эксперымент^[17]. У 1648 годзе ягоны зяць Фларэн Пер’е паўтарыў вопыт з барометрам на гары Пюі-дэ-Дом у цэнтральнай Францыі, выявіўшы, што ртутны слупок стаў карацейшым на тры дзюймы. Падзенне ціску было таксама наглядна прадэманстравана з дапамогай паўнадзьмутага пузыра, які пашыраўся пры пад’ёме ў гару і сціскаўся пры спуску^[18].

Арыгінальныя магдэбургскія паўшар’і (злева), якія выкарыстоўваліся для дэманстрацыі вакуумнай помпы Ота фон Герыке (справа).

У 1650 годзе нямецкі вучоны Ота фон Герыке сканструяваў першую вакуумную помпу — прыладу, якая канчаткова абвергла прынцып horror vacui. Герыке слушна адзначыў, што атмасфера акружае Зямлю падобна да абалонкі, шчыльнасць якой зніжаецца з вышынёй, і зрабіў выснову пра наяўнасць вакууму паміж Зямлёй і Месяцам^[19].

Ад эфіру да тэорыі адноснасці

У XV стагоддзі нямецкі тэолаг Мікалай Кузанскі выказаў здагадку, што ў Сусвету няма ні цэнтра, ні акружнасці. Ён лічыў, што Сусвет, хоць і не бясконцы, не можа быць названы канечным, бо пазбаўлены межаў, якія маглі б яго стрымліваць^[20]. Гэтыя ідэі натхнілі італьянскага філосафа Джардана Бруна на разважанні пра бясконцасць прасторы ў XVI стагоддзі. Ён пашырыў геліяцэнтрычную сістэму Каперніка да канцэпцыі бясконцага Сусвету, запоўненага субстанцыяй — эфірам, які не перашкаджае руху нябесных цел^[21]. Да падобнай высновы прыйшоў англійскі філосаф Уільям Гілберт, які сцвярджаў, што зоркі бачныя нам толькі таму, што акружаны тонкім эфірам або пустэчай^[22]. Сама канцэпцыя эфіру ўзыходзіць яшчэ да старажытнагрэчаскіх філосафаў, уключаючы Арыстоцеля, які бачыў у ім асяроддзе для руху нябесных цел^[23].

Тэорыя Сусвету, запоўненага святланосным эфірам, захоўвала папулярнасць аж да пачатку XX стагоддзя; эфір разглядаўся як асяроддзе, неабходнае для распаўсюджвання святла^[24]. У 1887 годзе вопыт Майкельсана — Морлі павінен быў выявіць рух Зямлі скрозь гэтае асяроддзе, фіксуючы змены хуткасці святла ў залежнасці ад накірунку руху планеты. Аднак нулявы вынік вопыту паказаў на памылковасць тэорыі. Ідэя святланоснага эфіру была адкінута і заменена спецыяльнай тэорыяй адноснасці Альберта Эйнштэйна. Яна пастулявала, што хуткасць святла ў вакууме з’яўляецца нязменнай канстантай і не залежыць ад руху назіральніка або сістэмы адліку^[25][26].

Вымярэнне Сусвету

Першым прафесійным астраномам, які падтрымаў ідэю бясконцага Сусвету, стаў англічанін Томас Дыгэс у 1576 годзе^[27]. Аднак сапраўдныя маштабы космасу заставаліся загадкай да 1838 года, калі нямецкі астраном Фрыдрых Бесель упершыню паспяхова вымераў адлегласць да зоркі. Ён вызначыў, што паралакс сістэмы 61 Лебедзя складае ўсяго 0,31 вуглавой секунды (сучаснае значэнне — 0,287″), што адпавядае адлегласці больш за 10 светлавых гадоў^[28].

У 1917 годзе Гебер Керціс заўважыў, што новыя зоркі ў спіральных туманнасцях у сярэднім на 10 зорных велічынь цямнейшыя, чым новыя ў Млечным Шляху, што паказвала на іхнюю велізарную аддаленасць^[29]. Канчаткова адлегласць да галактыкі Андрамеды вызначыў Эдвін Хабл у 1923 годзе. Выкарыстоўваючы метад вымярэння яркасці цэфеід (пераменных зорак), адкрыты Генрыетай Лівіт^[30], ён даказаў: Андрамеда і іншыя галактыкі знаходзяцца далёка за межамі Млечнага Шляху^[31]. На аснове гэтых дадзеных Хабл вывеў сваю знакамітую пастаянную, што дазволіла ўпершыню разлічыць узрост і памер назіранага Сусвету — першыя ацэнкі складалі 2 млрд гадоў і 280 млн светлавых гадоў. З удасканаленнем вымяральных прыбораў дакладнасць расла, пакуль у 2006 годзе дадзеныя касмічнага тэлескопа «Хабл» не дазволілі вылічыць гэтыя параметры з высокай дакладнасцю^[32].

Сучаснае ўяўленне пра космас грунтуецца на тэорыі Вялікага выбуху, прапанаванай у 1931 годзе бельгійскім фізікам Жоржам Леметрам^[33]. Згодна з ёй, Сусвет узнік са стану экстрэмальнай шчыльнасці энергіі і з тых часоў бесперапынна пашыраецца^[34].

Першую ацэнку тэмпературы космасу даў швейцарскі фізік Шарль Эдуар Гіём яшчэ ў 1896 годзе: зыходзячы з выпраменьвання фонавых зорак, ён атрымаў значэнне 5-6 К. Пазней, у 1926 годзе, Артур Эдынгтан разлічыў тэмпературу ў 3,18 К, а ў 1933 годзе Эрых Рэгенер, грунтуючыся на энергіі касмічных прамянёў, ацаніў яе ў 2,8 К^[35]. У 1948 годзе, ужо абапіраючыся на тэорыю Вялікага Выбуху і астывання фонавай энергіі, амерыканскія фізікі Ральф Ашэр Альфер і Роберт Херман прадказалі тэмпературу космасу на ўзроўні 5 К^[35].

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^[36]. Згодна з тэорыяй Вялікага выбуху, каля 13,8 мільярдаў гадоў таму^[37] ранні Сусвет знаходзіўся ў стане касмалагічнай сінгулярнасці бясконца высокай шчыльнасці і тэмпературы, пасля чаго пачаў імкліва пашырацца і астываць^[38]. 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^[39]. 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^[40]. Паколькі хуткасць святла канечная, гэтая тэорыя накладвае абмежаванне на памер назіранага Сусвету^[39].

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 назіранага Сусвету з’яўляецца «плоскай». Гэта азначае, што фатоны, якія рухаюцца па паралельных траекторыях, застаюцца паралельнымі на ўсім шляху да межаў назіранага Сусвету (за выключэннем скрыўленняў, абумоўленых лакальнай гравітацыяй)^[41]. 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^[42].

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^[43]. 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)^[44].

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^[45].

Уласцівасці

Асноўныя артыкулы: Касмічнае асяроддзе, Касмічнае надвор’е і Касмічнае выветрыванне

Панарамны від космасу, які назіраецца з паверхні Зямлі ў начны час. Міжпланетнае пылавое воблака бачна як гарызантальная паласа задыякальнага святла, што ўключае «ілжывы світанак»^{[заўв 1][46]} (па краях) і проціззянне (у цэнтры), якую візуальна перасякае Млечны Шлях.

Адкрыты космас уяўляе сабой стан, найбольш блізкі да ідэальнага вакууму з усіх вядомых нам. У ім практычна адсутнічае трэнне, што дазваляе зоркам, планетам і спадарожнікам свабодна рухацца па сваіх арбітах. Глыбокі вакуум міжгалактычнай прасторы не поўнасцю пазбаўлены матэрыі, бо змяшчае некалькі атамаў вадароду на кубічны метр^[47]. Для параўнання, удыхальнае людзьмі паветра ўтрымлівае каля 10²⁵ малекул на кубічны метр^[48][49]. Нізкая шчыльнасць матэрыі ў космасе азначае, што электрамагнітнае выпраменьванне можа пераадольваць велізарныя адлегласці без рассейвання: сярэдняя даўжыня свабоднага прабегу фатона ў міжгалактычнай прасторы складае каля 10²³ км, або 10 мільярдаў светлавых гадоў^[50]. Нягледзячы на гэта, экстынкцыя (паглынанне і рассеянне фатонаў пылам і газам) з’яўляецца важным чыннікам у галактычнай і міжгалактычнай астраноміі^[51].

Ціск

Зоркі, планеты і спадарожнікі ўтрымліваюць свае атмасферы дзякуючы гравітацыйнаму прыцягненню. Атмасферы не маюць выразна акрэсленай верхняй мяжы: шчыльнасць атмасфернага газу паступова памяншаецца па меры аддалення ад аб’екта, пакуль не становіцца неадрознай ад адкрытага космасу^[52].

Атмасферны ціск Зямлі падае прыкладна да 0,032 Па на вышыні 100 кіламетраў^[53], у параўнанні са 100 000 Па, прынятымі Міжнародным саюзам тэарэтычнай і прыкладной хіміі (ІЮПАК) за стандартны ціск. Вышэй за гэтую вышыню ізатропны ціск газу хутка становіцца нязначным у параўнанні з ціскам сонечнага выпраменьвання і дынамічным ціскам сонечнага ветру. Тэрмасфера ў гэтым дыяпазоне характарызуецца вялікімі градыентамі ціску, тэмпературы і саставу, а яе параметры моцна вар’іруюцца праз касмічнае надвор’е^[54].

Тэмпература

Тэмпература ў адкрытым космасе, як і на Зямлі, вымяраецца кінетычнай актыўнасцю газу^[55]. Аднак тэмпература выпраменьвання ў космасе адрозніваецца ад кінетычнай тэмпературы газу, што азначае адсутнасць тэрмадынамічнай раўнавагі паміж газам і выпраменьваннем^[56][57]. Увесь назіраны Сусвет запоўнены фатонамі, якія ўзніклі падчас Вялікага Выбуху; гэта з’ява вядома як рэліктавае выпраменьванне або касмічны мікрахвалевы фон (CMB). Вельмі імаверна, існуе і адпаведная вялікая колькасць нейтрына, якую называюць рэліктавым нейтрынным фонам^[58]. Бягучая тэмпература абсалютна чорнага цела для фонавага выпраменьвання складае каля 2,7 К (−270 °C)^[59]. Тэмпература газу ў касмічнай прасторы можа вар’іравацца ў шырокіх межах. Напрыклад, тэмпература ў туманнасці Бумеранг складае 1 К (−272 °C)^[60], тады як сонечная карона разаграваецца да тэмператур звыш 1,2–2,6 млн К (2,2–4,7 млн °F)^[61].

Магнітныя палі

Магнітныя палі былі выяўлены ў прасторы вакол многіх класаў нябесных цел. Зоркаўтварэнне ў спіральных галактыках можа спараджаць драбнамаштабныя дынама-эфекты^{[заўв 2]}, ствараючы турбулентныя магнітныя палі напружанасцю каля 5–10 мкГс. Эфект Дэвіса — Грынстэйна прымушае выцягнутыя пылінкі выстройвацца ўздоўж магнітнага поля галактыкі, што прыводзіць да слабай аптычнай палярызацыі. Гэта з’ява выкарыстоўваецца для выяўлення ўпарадкаваных магнітных палёў, якія існуюць у некалькіх блізкіх галактыках. Магнітагідрадынамічныя працэсы ў актыўных эліптычных галактыках спараджаюць уласцівыя для іх рэлятывісцкія струмені (джэты) і радыёпялёсткі.

Нетэплавыя радыёкрыніцы былі выяўлены нават сярод самых аддаленых аб’ектаў з вялікім чырвоным зрушэннем (клас high-${\displaystyle z}$), што паказвае на наяўнасць магнітных палёў і там^[62].

Касмічныя прамяні

Па-за межамі ахоўнай атмасферы і магнітнага поля існуе мала перашкод для праходжання праз прастору высокаэнергетычных зараджаных субатамных часціц, вядомых як касмічныя прамяні. Энергія гэтых часціц вар’іруецца ад прыкладна 10⁶ эВ да экстрэмальных 10²⁰ эВ у касмічных прамянёў звышвысокіх энергій^[63]. Пікавы паток касмічных прамянёў прыпадае на энергіі каля 10⁹ эВ і складаецца прыкладна на 87 % з пратонаў, на 12 % з ядзер гелію і на 1 % з больш цяжкіх ядзер^[64]. У дыяпазоне высокіх энергій паток электронаў складае ўсяго каля 1 % ад патоку пратонаў. Касмічныя прамяні могуць пашкоджваць электронныя кампаненты і ўяўляюць пагрозу для здароўя касмічных падарожнікаў^[65].

Пахі

Пахі, прынесеныя з нізкай калязямной арбіты пасля вяртання з пазакарабельнай дзейнасці, маюць адценне гарэлага металу, падобнае да паху дыму ад электрадугавой зваркі. Гэта адбываецца праз кісларод на нізкай калязямной арбіце, які «наліпае» на скафандры і абсталяванне^[66][67][68]. Іншыя вобласці космасу могуць мець зусім іншыя пахі, напрыклад, пах розных спіртоў у малекулярных аблоках^[69].

Межы космасу

Пра найдалейшыя прасторы космасу гл. назіраны Сусвет.

Паступовы пераход зямной атмасферы ў касмічную прастору

Пераход паміж атмасферай Зямлі і адкрытым космасам не мае выразна акрэсленай фізічнай мяжы: ціск паветра паступова зніжаецца з вышынёй, пакуль атмасфера не змешваецца з сонечным ветрам. Былі прапанаваны розныя азначэнні практычнай мяжы, якія вар’іруюцца ад 30 км да 1 600 000 км^[70]. У 2009 годзе з дапамогай геафізічнай ракеты былі праведзены вымярэнні накірунку і скорасці іонаў у атмасферы. Вышыня 118 км над Зямлёй была вызначана як умоўны сярэдні пункт пераходу зараджаных часціц ад адносна спакойных вятроў зямной атмасферы да значна больш экстрэмальных патокаў адкрытага космасу^[71]. Хуткасць апошніх можа значна перавышаць 268 м/с^[72][73] .

Вышынныя лятальныя апараты, такія як стратастаты, дасягалі вышыні да 50 км^[74]. Ажно да 2021 года ў ЗША астранаўтамі прызнаваліся людзі, якія здзейснілі палёт на вышыню больш за 80 км. Цяпер у ЗША нагрудны значок астранаўта («крылы астранаўта») уручаецца толькі тым членам экіпажа касмічнага карабля, якія «прадэманстравалі ў ходзе палёту дзеянні, што маюць істотнае значэнне для грамадскай бяспекі, або зрабілі ўклад у бяспеку пілатаваных касмічных палётаў»^[75].

Вобласць паміж паветранай прасторай і адкрытым космасам называюць «блізкім космасам». Юрыдычнага азначэння гэтага паняцця не існуе, але звычайна пад ім разумеюць дыяпазон вышынь ад 20 да 100 км^[76]. У мэтах бяспекі палёты камерцыйнай авіяцыі звычайна абмежаваны вышынёй 12 км, а аэранавігацыйнае абслугоўванне распаўсюджваецца толькі да 18–20 км^[76]. Верхняй мяжой гэтага дыяпазону лічыцца лінія Кармана, дзе для ажыццяўлення палёту законы астрадынамікі павінны прыйсці на змену законам аэрадынамікі^[77]. Гэты дыяпазон уключае такія слаі атмасферы Зямлі, як стратасфера, мезасфера і ніжняя тэрмасфера^[78].

Некаторыя аўтары выкарыстоўваюць больш шырокія межы для блізкага космасу, напрыклад, ад 18 да 160 км^[79]. Яны распасціраюцца да вышынь, дзе становіцца практычна магчымым арбітальны палёт на вельмі нізкіх калязямных арбітах^[79]. Касмічныя апараты выходзілі на высокаэліптычныя арбіты з перыгеем усяго 80–90 км, захоўваючы рух на працягу некалькіх віткоў^[80]. На вышыні 120 км^[80] касмічныя апараты пры зніжэнні пачынаюць уваход у атмасферу, паколькі аэрадынамічнае супраціўленне становіцца адчувальным. Для арбітальных самалётаў, такіх як «Спэйс шатл» НАСА, з гэтага моманту пачынаецца працэс пераключэння з кіравання манеўровымі рухавікамі на манеўраванне з дапамогай аэрадынамічных паверхняў кіравання^[en][81].

Лінія Кармана і прававыя аспекты

Лінія Кармана, якую ўстанавіла Міжнародная авіяцыйная федэрацыя і выкарыстоўвае ААН на міжнародным узроўні^[70], праходзіць на вышыні 100 км і служыць рабочым азначэннем мяжы паміж аэранаўтыкай і касманаўтыкай. Гэтая лінія названа ў гонар Тэадора фон Кармана. Ён абгрунтаваў неабходнасць вылучэння вышыні, на якой лятальны апарат для стварэння дастатковай аэрадынамічнай пад’ёмнай сілы (каб утрымліваць сябе ў паветры) павінен рухацца хутчэй за першую касмічную хуткасць^[8][9]. Паводле ягоных разлікаў, гэта адбываецца на вышыні каля 83,8 км^[74]. Гэта дазваляе размежаваць вышыні ніжэй за гэтую адзнаку як вобласць аэрадынамікі і паветранай прасторы, а вышэй — як абсяг касманаўтыкі і свабоднай касмічнай прасторы^[70].

Не існуе міжнародна прызнанай юрыдычнай мяжы вышыні нацыянальнай паветранай прасторы, хоць лінія Кармана выкарыстоўваецца для гэтай мэты часцей за ўсё. Выказваліся пярэчанні супраць устанаўлення гэтай мяжы занадта высока, бо гэта можа перашкаджаць касмічнай дзейнасці праз асцярогі наконт парушэння паветранай прасторы^[80]. Прыводзіліся довады на карысць таго, каб не ўстанаўліваць у міжнародным праве адзіную фіксаваную вышыню, а прымяняць розныя межы ў залежнасці ад канкрэтнага выпадку, у прыватнасці, зыходзячы з тыпу апарата і ягонага прызначэння. Рост колькасці камерцыйных і ваенных субарбітальных палётаў падняў пытанне пра тое, дзе менавіта павінны прымяняцца законы паветранай прасторы, а дзе — касмічнага права^[79][77]. Касмічныя караблі праляталі над замежнымі дзяржавамі на вышыні ўсяго 30 км, як, напрыклад, у выпадку са «Спэйс шатлам»^[74].

Вобласці касмічнай прасторы

Калязямныя вобласці

Камп’ютарная карта аб’ектаў, якія абарачаюцца вакол Зямлі, па стане на 2005 год. Каля 95 % з іх складае смецце, а не дзейныя штучныя спадарожнікі^[82].

Знешні слой атмасферы Зямлі, вядомы як экзасфера, бярэ пачатак ад тэрмапаўзы на вышыні 250—500 км (у залежнасці ад сонечнай актыўнасці) і распасціраецца вонкі. На гэтых вышынях сутыкненні паміж малекуламі становяцца надзвычай рэдкімі, і атмасфера плаўна раствараецца ў міжпланетнай прасторы^[83]. Менавіта гэтая вобласць у непасрэднай блізкасці ад планеты з’яўляецца месцам базіравання большасці штучных спадарожнікаў і аб’ектам пільнага вывучэння. Для зручнасці класіфікацыі гэты аб’ём дзеляць на некалькі ўзаемазвязаных зон^{[84][85][86][87]}.

Калязямная прастора з адлюстраваннем нізкіх (сінія), сярэдніх (зялёныя) і высокіх (чырвоныя) калязямных арбіт. Апошнія выходзяць за межы радыуса геасінхронных арбіт.

Блізкі космас

Гэты рэгіён ахоплівае прастору ад нізкіх калязямных арбіт да геастацыянарнай арбіты^[84]. Тут сканцэнтравана асноўная касмічная дзейнасць чалавецтва і праходзяць трасы большасці штучных спадарожнікаў. Высокая інтэнсіўнасць палётаў прывяла да назапашвання значнай колькасці касмічнага смецця, якое стварае пагрозу для дзеючых апаратаў^[84]. Частка гэтых абломкаў з часам тармозіцца і згарае ў шчыльных слаях атмасферы^[88]. Варта адзначыць, што хоць гэтая зона лічыцца адкрытым космасам, на вышынях у некалькі соцень кіламетраў над лініяй Кармана рэшткавая атмасфера ўсё яшчэ стварае адчувальнае аэрадынамічнае супраціўленне^[89].

Геакосмас

Геакосмас уключае ў сябе верхнюю атмасферу і магнітасферу Зямлі^[85], у межах якой размешчаны радыяцыйныя паясы Ван Алена. Ягонай унутранай мяжой з’яўляецца іанасфера, а знешняй — магнітапаўза, якая аддзяляе сферу ўплыву Зямлі ад сонечнага ветру^[90][91].

Умовы ў геакосмасе вызначаюцца касмічным надвор’ем, якое цалкам залежыць ад актыўнасці Сонца^[92]. На дзённым баку ціск сонечнага ветру «сціскае» магнітасферу да адлегласці каля 10 зямных радыусаў. На начным баку, наадварот, утвараецца выцягнуты магнітны хвост, які можа распасцірацца на 100—200 радыусаў Зямлі^[93][94]. Месяц, праходзячы праз гэты хвост, прыкладна чатыры дні ў месяц аказваецца экранаваным ад прамога сонечнага ветру^[95].

Геакосмас запоўнены разрэджанай плазмай вельмі нізкай шчыльнасці, рух якой падпарадкоўваецца магнітнаму полю Зямлі. Падчас геамагнітных бур, выкліканых сонечным ветрам, у гэтым асяроддзі ўзнікаюць магутныя электрычныя токі. Гэта прыводзіць да абурэнняў у іанасферы і радыяцыйных паясах, што павялічвае паток высокаэнергетычных электронаў. Такія з’явы здольныя пашкодзіць бартавую электроніку спадарожнікаў, парушыць караткахвалевую радыёсувязь і работу сістэм GPS^[96], а таксама выклікаць палярныя ззянні ў высокіх шыротах^[97].

Трансмесяцовая прастора — вобласць пераходных арбіт ад Зямлі да Месяца^[98].

Калямесяцовая прастора

Выгляд Зямлі і Месяца з калямесяцовай прасторы падчас місіі «Артэміда-1» у 2022 годзе.

Калямесяцовая прастора — зона па-за межамі непасрэднага зямнога асяроддзя, якая ўключае арбітальную прастору Месяца і пункты Лагранжа сістэмы Зямля-Месяц^[87]. Гэтая вобласць знаходзіцца ўнутры так званай сферы Хіла — прасторы, дзе гравітацыйны патэнцыял Зямлі дамінуе над сонечным (прыкладна да 1,5 млн км ад планеты)^[99]. Тут, акрамя спадарожнікаў, можна сустрэць каарбітальныя аб’екты, такія як «зямныя траянцы» і квазіспадарожнікамі^[100].

Далёкі космас

Азначэнне далёкага космасу адрозніваецца ў розных арганізацый^{[101][102][103]}. Урад ЗША часта адносіць да яго ўсё, што знаходзіцца далей за тыповыя нізкія арбіты (уключаючы Месяц)^[104]. Міжнародны саюз электрасувязі падыходзіць больш фармальна, вызначаючы далёкі космас як адлегласці ад 2 млн км ад Зямлі^[105], што прыкладна ў пяць разоў перавышае арбітальную адлегласць да Месяца, але ўсё яшчэ не дасягае суседніх планет^{[заўв 3]}.

Міжпланетная прастора

Разрэджаная плазма (сіняя) і пыл (белы) у хвасце каметы Хейла — Бопа фарміруюцца пад дзеяннем ціску сонечнага выпраменьвання і сонечнага ветру адпаведна.

Міжпланетная прастора ўнутры Сонечнай сістэмы — гэта велізарны аб’ём, дзе дамінуе гравітацыя Сонца (за выключэннем непасрэдных сфер уплыву саміх планет)^[107] . Яна распасціраецца далёка за арбіту Нептуна, дасягаючы межаў геліяпаўзы на адлегласці ад 110 да 160 а.а.^[108] Менавіта тут уплыў сонечнага ветру саступае ціску галактычнага асяроддзя. Гэтая мяжа служыць своеасаблівым шчытом, які адхіляе нізкаэнергетычныя галактычныя касмічныя прамяні, а яе аддаленасць змяняецца ў залежнасці ад актыўнасці Сонца^[109][110]. Ключавым кампанентам гэтага асяроддзя з’яўляецца сонечны вецер — бесперапынны паток зараджаных часціц, які стварае вакол нашай зоркі разрэджаную атмасферу, або геліясферу. Шчыльнасць часціц у гэтым патоку невялікая (5-10 пратонаў/см³), аднак яны рухаюцца з велізарнай хуткасцю — 350–400 км/с^[111].

Міжпланетная прастора ўяўляе сабой амаль ідэальны вакуум: сярэдняя даўжыня свабоднага прабегу часціц тут супастаўная з адлегласцю ад Зямлі да Сонца (адна астранамічная адзінка). Тым не менш, прастора не зусім пустая. Яна запоўнена так званым міжпланетным асяроддзем^[108], якое ўключае касмічныя прамяні (іанізаваныя атамныя ядры і субатамныя часціцы), газ і плазму, пыл^[112] і невялікія метэоры, і арганічныя малекулы (пацверджана мікрахвалевай спектраскапіяй)^[113]. Бачным доказам існавання матэрыі ў гэтым вакууме з’яўляецца задыякальнае святло — слабая паласа, якую можна назіраць на начным небе дзякуючы адбіццю святла ад скопішчаў міжпланетнага пылу^[114].

Уся гэтая прастора пранізана магнітным полем Сонца, якое актыўна ўзаемадзейнічае з планетамі^[111] . Нябесныя целы з уласным магнітным полем (Зямля, Юпітэр, Сатурн, Меркурый) утвараюць магнітасферы. Пад ціскам сонечнага ветру яны набываюць кропляпадобную форму з доўгім хвастом, выцягнутым у бок ад Сонца. Гэтыя палі дзейнічаюць як пасткі, захопліваючы зараджаныя часціцы і фарміруючы радыяцыйныя паясы (кшталту паясоў Ван Алена). Планеты ж без глабальнага магнітнага поля, такія як Марс, аказваюцца безабароннымі: іхняя атмасфера паступова «здзімаецца» і выносіцца сонечным ветрам у космас^[115].

Міжзорная прастора

Асноўны артыкул: Міжзорнае асяроддзе

Галоўная ўдарная хваля, утвораная магнітасферай маладой зоркі LL Арыёна (у цэнтры) пры сутыкненні з патокам туманнасці Арыёна.

Міжзорная прастора ўяўляе сабой асяроддзе, якое запаўняе прамежкі паміж зорнымі сістэмамі ўнутры галактык^[116]. Фізічна яна пачынаецца там, дзе заканчваецца ўплыў зорнага ветру асобных свяцілаў^[117]. Зоркі акружаны «бурбалкамі» плазмы — астрасферамі, і мяжа, якая аддзяляе іх ад знешняга асяроддзя, называецца астрапаўзай. У выпадку з Сонечнай сістэмай гэтыя вобласці называюцца адпаведна геліясферай і геліяпаўзай. Усё, што знаходзіцца за іхнімі межамі, — гэта і ёсць міжзорнае асяроддзе, якое складаецца з разрэджанай матэрыі і выпраменьвання^[118].

Прыкладна 70 % масы міжзорнага асяроддзя складаюць адзіночныя атамы вадароду, большую частку астатку — атамы гелію. Гэты састаў узбагачаны следавымі колькасцямі больш цяжкіх атамаў, якія ўзніклі ў ходзе зорнага нуклеасінтэзу. Гэтыя атамы выкідваюцца ў міжзорнае асяроддзе зорнымі вятрамі або пры скідванні знешніх абалонак зоркамі на позніх стадыях эвалюцыі (напрыклад, пры фарміраванні планетарнай туманнасці)^[119]. Маштабны выбух звышновай распаўсюджвае ударныя хвалі зорнага рэчыва вонкі, разносячы сінтэзаваныя элементы па велізарных прасторах^[120]. Матэрыя ў міжзорнай прасторы размеркавана вельмі нераўнамерна. У сярэднім шчыльнасць складае каля 10⁶ часціц на м³^[121], але ў халодных малекулярных аблоках яна ўзрастае на парадкі — ад 10⁸ да 10¹² часціц на м³^[56][119]. Менавіта тут, у шчыльных і халодных рэгіёнах, адбываюцца актыўныя хімічныя працэсы.

Радыеастраномія штогод адкрывае новыя віды малекул у космасе; яны здольныя аб’ядноўвацца ў пылавыя часціцы памерам да 0,1 мкм^[122]. Ключавым чыннікам гэтай хіміі з’яўляюцца сутыкненні часціц і іанізацыя. Высокаэнергетычныя касмічныя прамяні, пранікаючы ў аблокі, іанізуюць вадарод і гелій, утвараючы, напрыклад, катыён трохатамнага вадароду (H+3). Іанізаваны гелій, у сваю чаргу, здольны расшчапляць малекулы чаднага газу (CO), вызваляючы іанізаваны вуглярод, які запускае ланцужкі рэакцый, што вядуць да стварэння складанай арганікі^[123].

Рух зорак праз міжзоркавае асяроддзе спараджае гідрадынамічныя эфекты. Калі зорка рухаецца з высокай пекулярнай хуткасцю, перад яе астрасферай можа ўзнікаць галоўная ўдарная хваля — зона рэзкага скачка ціску, размешчаная перад астрапаўзай. Доўгі час лічылася, што такая ўдарная хваля ёсць і ў Сонца. Аднак дадзеныя, атрыманыя ў 2012 годзе зондам IBEX і апаратамі «Вояджэр», абверглі гэтую гіпотэзу. Высветлілася, што хуткасць руху Сонца адносна навакольнага асяроддзя недастатковая для стварэння звышгукавога ўдару. Замест гэтага пераход ад сонечнага ветру да міжзорнага асяроддзя адбываецца больш плаўна — праз утварэнне дагукавой хвалі, дзе матэрыя ўшчыльняецца, але не зведвае рэзкага ўдарнага скачка^[124][125].

Мясцовы пузыр

Сонца знаходзіцца ўнутры міжзорнай вобласці, вядомай як Мясцовы пузыр — поласці ў Рукаве Арыёна Млечнага Шляху. Гэтая зона радыусам каля 100 парсек вылучаецца нізкай шчыльнасцю міжзорнага рэчыва і адсутнасцю халодных шчыльных аблокаў, якія размяшчаюцца толькі на яе межах (напрыклад, у сузор’ях Змеяносца і Цяльца). Унутры гэтага пузыра знаходзяцца каля 10⁴–10⁵ (10-100 тысяч) зорак і дзесяткі цёплых разрэджаных аблокаў з тэмпературай да 7000 К і радыусамі ў 0,5–5 парсек. Ціск мясцовага міжзоркавага газу ўраўнаважвае ціск астрасфер гэтых зорак, вызначаючы іхнія памеры: чым вышэйшая шчыльнасць асяроддзя вакол зоркі, тым кампактнейшая яе астрасфера^[126]

Міжгалактычная прастора

Асноўныя артыкулы: Цёпла-гарачае міжгалактычнае асяроддзе, Унутрыкластэрнае асяроддзе і Міжгалактычны пыл

Размеркаванне матэрыі ў кубічным участку Сусвету. Сінія сеткаватыя структуры адлюстроўваюць матэрыю, а пустыя вобласці паказваюць касмічныя войды.

Даследаванні паказваюць, што матэрыя ў Сусвеце размеркавана не хаатычна, а ўтварае гіганцкую пенападобную структуру, якую часта называюць «касмічным павуціннем», дзе групы і скопішчы галактык выстраены ўздоўж галактычных валокнаў (ніцей). Нягледзячы на сваю значнасць, гэтыя структуры займаюць толькі каля 10 % аб’ёму прасторы. Астатнюю частку займаюць гіганцкія пустэчы, якія называюць войдамі, працягласцю ад 7 да 30 мегапарсек, унутры якіх галактыкі практычна адсутнічаюць^[127].

Прастора паміж галактыкамі не з’яўляецца абсалютным вакуумам; яна запоўнена разрэджанай плазмай, вядомай як міжгалактычнае асяроддзе^[128]. Гэтая матэрыя паўтарае контуры касмічнага павуціння, канцэнтруючыся ўздоўж валокнаў^[129]. Унутры гэтых ніцей шчыльнасць дыфузнага фотаіанізаванага газу павышаецца да аднаго атама на кубічны метр^[130] — гэта нікчэмна мала па зямных мерках, але да 200 разоў шчыльней за сярэдні паказчык па Сусвеце^[131]. Па сваім саставе гэты газ з’яўляецца пераважна «першасным»: ён на 76 % складаецца з вадароду, які застаўся пасля Вялікага Выбуху. Аднак ён таксама злёгку ўзбагачаны больш цяжкімі элементамі, выкінутымі ў космас магутнымі галактычнымі вятрамі^[132].

Трапляючы з войдаў у міжгалактычнае асяроддзе валокнаў, газ награваецца да тэмператур ад 10⁵ К да 10⁷ К^[4]. Пры такіх тэмпературах яго называюць цёпла-гарачым міжгалактычным асяроддзем (ЦГМА). Хоць па зямных мерках плазма вельмі гарачая, тэмпературу 10⁵ К у астрафізіцы часта называюць «цёплай». Камп’ютарнае мадэляванне і назіранні паказваюць, што менавіта ў гэтым цёпла-гарачым стане хаваецца да паловы ўсёй звычайнай (барыённай) матэрыі Сусвету^{[131][133][134]}. Калі газ падае з валакністых структур ЦГМА ў скопішчы галактык, якія знаходзяцца на перасячэннях касмічных валокнаў, ён разаграваецца яшчэ мацней — да 10⁸ К і вышэй, ператвараючыся ва ўнутрыкластарнае асяроддзе^[135].

Агляд розных маштабаў касмічнай прасторы ў выглядзе абласцей вакол Зямлі

Сістэма Зямля — Месяц

Унутраная вобласць Сонечнай сістэмы з калязямнымі аб’ектамі

Сонечная сістэма і воблака Оарта

Найбліжэйшыя зоркі

Мясцовае міжзорнае воблака і суседняе міжзоркавае асяроддзе

Зорныя асацыяцыі і карта міжзорнага асяроддзя Мясцовага пузыра

Малекулярныя воблакі вакол Сонца ўнутры рукава Арыёна

Рукаў Арыёна і суседнія рукавы

Рукаў Арыёна ўнутры Млечнага Шляху

Сонца ў структуры Млечнага Шляху

Галактыкі-спадарожніцы Млечнага Шляху ў Мясцовай групе

Звышскопішча Дзевы ў звышскопішчы Ланіякея

Ланіякея ў комплексе звышскопішча Рыб – Кіта

Назіраная вобласць Сусвету

Космас і жыццё

Выжывальнасць зямных арганізмаў ва ўмовах космасу

Падрабязней гл. таксама: Касмічная біялогія, Расліны ў космасе, Жывёлы ў космасе

Місія «Фатон-М3» 2007 года, на борце якой знаходзілася ўстаноўка для астрабіялагічных доследаў BIOPAN (на фота), падвергла ціхаходак уздзеянню вакууму і сонечнага ўльтрафіялету.

Нягледзячы на суровыя ўмовы, былі выяўлены некаторыя зямныя формы жыцця, здольныя вытрымліваць экстрэмальнае асяроддзе космасу на працягу доўгага часу. Віды лішайнікаў, размешчаныя на ўстаноўцы ЕКА BIOPAN, выжылі пасля дзесяцідзённага ўздзеяння адкрытага космасу ў 2007 годзе^[136]. Насенне разухавідкі Таля (Arabidopsis thaliana) і тытуню звычайнага (Nicotiana tabacum) прарасло пасля паўтара года знаходжання ў космасе^[137]. Штам сеннай палачкі (Bacillus subtilis) захоўваў жыццяздольнасць на працягу 559 дзён ва ўмовах нізкай калязямной арбіты або імітацыі марсіянскага асяроддзя^[138].

Падрабязней гл. таксама: Ціхаходкі ў космасе

Сярод шматклетачных жывёл паспяхова перажываюць знаходжанне ў адкрытым космасе ціхаходкі (Tardigrada). У 2007 годзе ў ходзе місіі «Фатон-М3» групу абязводжаных ціхаходак на 10 сутак памясцілі ў вакуум, пры гэтым частка з іх падвяргалася яшчэ і ўздзеянню прамога сонечнага ўльтрафіялету. Пасля вяртання на Зямлю больш за 68 % асобін, абароненых ад выпраменьвання, паспяхова вярнуліся да жыцця пасля рэгідратацыі, а многія з іх нават далі жыццяздольнае патомства^[139]. Наадварот, выжывальнасць гідратаваных узораў, што зведалі ўздзеянне вакууму і сонечнага ўльтрафіялету, аказалася надзвычай нізкай: ацалелі ўсяго тры асобіны^[139]. У 2011 годзе ціхаходкі былі дастаўлены на Міжнародную касмічную станцыю ў рамках місіі STS-134^[140]. Гэта даследаванне паказала, што яны здольныя пераносіць мікрагравітацыю і касмічную радыяцыю^[141][142], што робіць іх прыдатнымі мадэльнымі арганізмамі^[143][144].

Распаўсюджванне жыцця космасам

Гл. таксама: Астрабіялогія і Пазаземнае жыццё

Гіпотэза літапансперміі мяркуе, што горныя пароды, выкінутыя ў адкрыты космас з планет, на якіх ёсць жыццё, могуць паспяхова пераносіць жывыя арганізмы ў іншыя заселеныя светы. Існуе меркаванне, што падобны сцэнарый меў месца на ранніх этапах гісторыі Сонечнай сістэмы, калі адбываўся абмен пародамі, якія патэнцыйна ўтрымлівалі мікраарганізмы, паміж Венерай, Зямлёй і Марсам^[145]. Паколькі бактэрыі могуць выжываць мільёны гадоў, панспермія ў маштабах Галактыкі з’яўляецца, як мінімум, тэарэтычна магчымай^[146].

Уздзеянне на цела чалавека

Падрабязней гл. таксама: Касмічная медыцына, Уплыў касмічнага палёту на цела чалавека, Фізіялагічныя наступствы знаходжання ў космасе

Небяспекі вакууму

Гл. таксама: Некантраляваная дэкампрэсія

Праз небяспекі вакууму астранаўты маюць насіць герметычныя скафандры па-за межамі свайго касмічнага карабля.

Адсутнасць ціску — самая непасрэдная небяспека космасу для чалавека. Ціск падае па меры аддалення ад Зямлі, дасягаючы на вышыні каля 19,14 км узроўню, які адпавядае ціску насычанай пары вады пры тэмпературы чалавечага цела. Гэты вышынны рубеж называецца лініяй Армстронга ў гонар амерыканскага ўрача Гары Дж. Армстронга^[147]. На лініі Армстронга і вышэй вадкасці ў горле і лёгкіх закіпаюць. У прыватнасці, закіпаюць адкрытыя цялесныя вадкасці, такія як сліна, слёзы і вадкасць, якая высцілае лёгкія. Таму на гэтай вышыні выжыванне чалавека немагчыма без вышынна-кампенсавальнага касцюма або герметычнай кабіны^[148].

У адкрытым космасе раптоўнае ўздзеянне вельмі нізкага ціску на неабароненага чалавека (напрыклад, пры выбухной дэкампрэсіі) можа выклікаць баратраўму лёгкіх — іхні разрыў праз вялікую розніцу ціскаў унутры і звонку грудной клеткі^[149]. Нават калі дыхальныя шляхі пацярпелага поўнасцю адкрыты, паток паветра праз трахею можа быць занадта павольным, каб прадухіліць разрыў^[150]. Хуткая дэкампрэсія можа прывесці да разрыву барабанных перапонак і прыдатачных пазух носа; у мяккіх тканках могуць узнікнуць кровападцёкі і крывацёкі, а шок здольны выклікаць павелічэнне спажывання кіслароду, што паскорыць наступленне гіпаксіі^[151].

Праз хуткую дэкампрэсію кісларод, раствораны ў крыві, накіроўваецца ў лёгкія, спрабуючы выраўнаваць градыент парцыяльнага ціску. Як толькі гэтая абедзненная кіслародам кроў дасягае мозга, чалавек страчвае прытомнасць праз некалькі секунд і памірае ад гіпаксіі на працягу некалькіх хвілін^[152]. Кроў і іншыя вадкасці арганізма закіпаюць, калі ціск падае ніжэй за 6,3 кПа (0,068 атм); гэты стан называецца эбулізмам^[153]. Пара можа раздзьмуць цела да памеру, які ўдвая перавышае нармальны, і запаволіць кровазварот, аднак тканкі дастаткова эластычныя і порыстыя, каб прадухіліць разрыў. Эбулізм запавольваецца за кошт стрымлівальнага ціску сценак крывяносных сасудаў, таму частка крыві застаецца вадкай^[154][155].

Ацёкі і эбулізм можна паменшыць з дапамогай вышынна-кампенсавальнага касцюма. Вышынны ахоўны касцюм экіпажа (CAPS) — аблягаючае эластычнае адзенне, распрацаванае для астранаўтаў у 1960-х гадах, — прадухіляе эбулізм пры ціску да 2 кПа (0,02 атм)^[156]. Дадатковы кісларод неабходны на вышыні 8 км для забеспячэння дыхання і прадухілення страты вады, тады як вышэй за 20 км скафандры абавязковыя для прадухілення эбулізму^[157]. У большасці скафандраў выкарыстоўваецца ціск чыстага кіслароду каля 30–39 кПа (0,27–0,41 атм), што прыкладна адпавядае парцыяльнаму ціску кіслароду на паверхні Зямлі. Гэтага ціску дастаткова для прадухілення эбулізму, аднак выпарэнне азоту, растворанага ў крыві, усё яшчэ можа выклікаць дэкампрэсійную хваробу і газавую эмбалію, калі не прыняць адпаведных мер^[158].

Уплыў бязважкасці і радыяцыі

Гл. таксама: Бязважкасць, Радыебіялогія і Дзеянне іанізавальнага выпраменьвання ў касмічных палётах

Чалавек эвалюцыянаваў для жыцця ва ўмовах зямной гравітацыі, і даказана, што знаходжанне ў бязважкасці аказвае шкоднае ўздзеянне на здароўе. Першапачаткова больш за 50 % астранаўтаў адчуваюць сіндром касмічнай адаптацыі (касмічную хваробу). Гэта можа выклікаць млоснасць, ваніты, галавакружэнне, галаўны боль, вяласць і агульнае недамаганне. Працягласць касмічнай хваробы вар’іруецца, але звычайна яна доўжыцца 1-3 дні, пасля чаго арганізм прыстасоўваецца да новага асяроддзя. Больш працяглае знаходжанне ў бязважкасці прыводзіць да атрафіі цягліц і дэградацыі шкілета, вядомай як касмічная астэапенія. Гэтыя эфекты можна мінімізаваць з дапамогай рэжыму фізічных практыкаванняў^[159]. Іншыя наступствы ўключаюць пераразмеркаванне вадкасцей у арганізме, запаволенне працы сардэчна-сасудзістай сістэмы, зніжэнне выпрацоўкі эрытрацытаў, парушэнні раўнавагі і аслабленне імуннай сістэмы. Менш значныя сімптомы ўключаюць страту масы цела, закладзенасць носа, парушэнне сну і азызласць твару^[160].

Падчас працяглых касмічных палётаў вострую пагрозу для здароўя можа ўяўляць радыяцыя. Уздзеянне высокаэнергетычных іанізавальных касмічных прамянёў можа прывесці да стамляльнасці, млоснасці, ванітаў, а таксама да пашкоджання імуннай сістэмы і змены колькасці лейкацытаў. Пры працяглым уздзеянні сімптомы ўключаюць павышаную рызыку развіцця пухлін, а таксама пашкоджанне вачэй, нервовай сістэмы, лёгкіх і страўнікава-кішачнага тракта^[161].

У ходзе трохгадовай місіі на Марс і назад значная частка клетак у целе астранаўта будзе пранізана і патэнцыйна пашкоджана высокаэнергетычнымі ядрамі^[162]. Энергія такіх часціц значна зніжаецца экранаваннем сценак касмічнага карабля і можа быць дадаткова аслаблена кантэйнерамі з вадой і іншымі бар’ерамі. Аднак удар касмічных прамянёў па экранаванні спараджае другаснае выпраменьванне, якое таксама можа ўздзейнічаць на экіпаж. Неабходны далейшыя даследаванні для ацэнкі радыяцыйных небяспек і распрацоўкі прыдатных контрзахадаў^[163].

Даследаванне космасу

Асноўныя артыкулы: Даследаванне космасу і Прысутнасць чалавека ў космасе

Першы здымак Зямлі, зроблены чалавекам, верагодна, Білам Андэрсам, падчас місіі «Апалон-8» ў 1968 годзе^[164]. Паўднёвы полюс знаходзіцца зверху.

На працягу большай часткі чалавечай гісторыі даследаванне космасу абмяжоўвалася назіраннямі з паверхні Зямлі — спачатку няўзброеным вокам, а затым з дапамогай тэлескопаў. Да з’яўлення надзейных ракетных тэхналогій максімальнае набліжэнне чалавека да адкрытага космасу забяспечвалі палёты на аэрастатах. У 1935 годзе амерыканскі пілатаваны аэрастат «Explorer II» дасягнуў вышыні 22 км^[165]. Гэты паказчык быў значна пераўзыйдзены ў 1942 годзе, калі падчас трэцяга запуску нямецкая ракета «А-4» («Фау-2») паднялася на вышыню каля 80 км. У 1957 годзе ракетай-носьбітам «Р-7» быў запушчаны беспілотны спадарожнік «Спутнік-1», які выйшаў на калязямную арбіту з вышынёй ад 215 да 939 кіламетраў^[166]. За гэтым рушыў услед першы палёт чалавека ў космас у 1961 годзе, калі Юрый Гагарын адправіўся на арбіту на караблі «Усход-1». Першымі людзьмі, якія пакінулі нізкую калязямную арбіту, сталі Фрэнк Борман, Джым Ловел і Уільям Элісан Андэрс у 1968 годзе на борце амерыканскага карабля «Апалон-8»; яны выйшлі на арбіту Месяца^[167] і аддаліліся ад Зямлі на максімальную адлегласць 377 349 км^[168].

Першым касмічным апаратам, які дасягнуў другой касмічнай хуткасці (хуткасці ўцякання), стала савецкая станцыя «Луна-1», якая здзейсніла пралёт побач з Месяцам у 1959 годзе^[169]. У 1961 годзе «Венера-1» стала першым міжпланетным зондам. Яна выявіла наяўнасць сонечнага ветру і ажыццявіла першы пралёт міма Венеры, хоць сувязь з апаратам была страчана яшчэ да збліжэння з планетай. Першай паспяховай міжпланетнай місіяй стаў пралёт «Марынер-2» міма Венеры ў 1962 годзе^[170]. Першы пралёт міма Марса здзейсніў «Марынер-4» у 1964 годзе. З тых часоў беспілотныя касмічныя апараты паспяхова даследавалі кожную з планет Сонечнай сістэмы, а таксама іхнія спадарожнікі і мноства малых планет і камет. Яны застаюцца фундаментальным інструментам для даследавання адкрытага космасу, а таксама для назірання за Зямлёй^[171]. У жніўні 2012 года «Вояджэр-1» стаў першым рукатворным аб’ектам, які пакінуў Сонечную сістэму і ўвайшоў у міжзорную прастору^[172].

У міжнародным праве

Звычайныя віды супрацьспадарожнікавай зброі, такія як ракета «SM-3», застаюцца законнымі ў рамках права ўзброеных канфліктаў, нягледзячы на тое, што яны ствараюць небяспечнае касмічнае смецце.

Дагавор аб космасе складае прававую аснову міжнароднага касмічнага права. Ён рэгулюе выкарыстанне касмічнай прасторы нацыянальнымі дзяржавамі і ўключае ў сваё азначэнне космасу Месяц і іншыя нябесныя целы. У дагаворы сцвярджаецца, што касмічная прастора адкрыта для даследавання ўсімі дзяржавамі і не падлягае прысваенню шляхам абвяшчэння нацыянальнага суверэнітэту, а сам космас называецца «здабыткам усяго чалавецтва». Гэты статус «агульнай спадчыны чалавецтва» выкарыстоўваўся (хоць і не без пярэчанняў) для адстойвання права на доступ да касмічнай прасторы і яе сумеснае выкарыстанне ўсімі краінамі на роўнай аснове, асабліва краінамі, якія не валодаюць уласным касмічным патэнцыялам^[173]. Дагавор забараняе размяшчэнне ядзернай зброі ў касмічнай прасторы. Ён быў прыняты Генеральнай Асамблеяй ААН у 1963 годзе і падпісаны ў 1967 годзе Вялікабрытаніяй, ЗША і СССР. Па стане на 2017 год 105 дзяржаў-удзельніц ратыфікавалі дагавор або далучыліся да яго. Яшчэ 25 дзяржаў падпісалі дагавор, але не ратыфікавалі яго^[174][175].

З 1958 года касмічная прастора стала прадметам мноства рэзалюцый ААН. Больш за 50 з іх тычыліся міжнароднага супрацоўніцтва ў галіне мірнага выкарыстання космасу і прадухілення гонкі ўзбраенняў у ім^[176]. Камітэтам ААН па выкарыстанні касмічнай прасторы ў мірных мэтах былі ўзгоднены і распрацаваны чатыры дадатковыя дагаворы ў галіне касмічнага права. Тым не менш, дагэтуль не існуе юрыдычнай забароны на размяшчэнне ў космасе звычайных відаў узбраенняў, а выпрабаванні супрацьспадарожнікавай зброі былі паспяхова праведзены ЗША, СССР, Кітаем^[177], а ў 2019 годзе і Індыяй^[178]. Пагадненне аб Месяцы 1979 года перадало юрысдыкцыю над усімі нябеснымі целамі (уключаючы арбіты вакол іх) міжнароднай супольнасці. Аднак гэта пагадненне не было ратыфікавана ніводнай краінай, якая ажыццяўляе ў цяперашні час пілатаваныя касмічныя палёты^[179].

У 1976 годзе восем экватарыяльных дзяржаў (Эквадор, Калумбія, Бразілія, Рэспубліка Конга, Заір, Уганда, Кенія і Інданезія) сустрэліся ў Багаце, Калумбія. У сваёй «Дэкларацыі першай нарады экватарыяльных краін», або Багоцкай дэкларацыі, яны заявілі пра свае правы на кантроль над сегментамі геастацыянарнай арбіты, што адпавядаюць тэрыторыі кожнай з краін^[180]. Гэтыя дамаганні не атрымалі міжнароднага прызнання^[181].

Усё больш актуальнай праблемай міжнароднага касмічнага права і рэгулявання становяцца небяспекі, звязаныя з ростам колькасці касмічнага смецця^[182].

Практычнае прымяненне

Падрабязней гл. таксама: Перавагі асваення космасу

Адкрыты космас стаў неад’емнай часткай сучаснага грамадства. Ягонае асваенне адкрывае мноства магчымасцей, якія прыносяць адчувальную карысць як сусветнай эканоміцы, так і фундаментальнай навуцы.

Спадарожнікі і сувязь

Гл. таксама: Назіранне за Зямлёй

Від з МКС, які дэманструе жоўта-зялёнае ўласнае свячэнне атмасферы Зямлі і іанасферу на фоне Млечнага Шляху.

Размяшчэнне штучных апаратаў на арбіце Зямлі ператварылася ў дамінуючы сектар касмічнай эканомікі. Спадарожнікі забяспечваюць працу далёкай сувязі (уключаючы тэлебачанне), прадастаўляюць сэрвісы высокадакладнай навігацыі, а таксама дазваляюць весці бесперапынны маніторынг надвор’я і дыстанцыйнае зандзіраванне Зямлі. Апошняе вырашае шырокі спектр задач: ад кантролю вільготнасці глебы ў сельскай гаспадарцы і прагназавання паводак да выяўлення хвароб лясных масіваў і назірання за ваеннай актыўнасцю^[183]. Акрамя таго, касмічныя апараты адыгрываюць ключавую ролю ў адсочванні змяненняў клімату^[184]. Дзякуючы адсутнасці супраціўлення паветра спадарожнікі могуць заставацца на стабільных арбітах, эфектыўна ахопліваючы назіраннем увесь зямны шар — у гэтым іхняя галоўная перавага перад стратастатамі або вышыннымі атмасфернымі платформамі^[185].

Астраномія

Вакуум робіць космас ідэальнай пляцоўкай для назіранняў ва ўсіх дыяпазонах электрамагнітнага спектра. Яркім прыкладам служаць здымкі тэлескопа «Хабл», якія дазваляюць убачыць святло, выпрамененае больш за 13 мільярдаў гадоў таму — на зары існавання Сусвету^[186]. Аднак нават у космасе ёсць свае перашкоды. Міжпланетны задыякальны пыл стварае рассеянае свячэнне ў блізкім інфрачырвоным дыяпазоне, якое можа хаваць слабыя крыніцы, такія як экзапланеты. Каб павысіць эфектыўнасць інфрачырвоных тэлескопаў, іх неабходна выводзіць за межы пылавога воблака^[187]. Іншая праблема — радыёчастотныя перашкоды з Зямлі. Для абароны ад іх радыётэлескопы прапануецца размяшчаць у «радыёціхіх» зонах, напрыклад, у кратары Дэдал на адваротным баку Месяца^[188].

Міжзоркавыя падарожжы

Пілатаваныя міжзоркавыя палёты пакуль застаюцца толькі тэарэтычнай магчымасцю. Велізарныя адлегласці патрабуюць прынцыпова новых тэхналогій і сістэм жыццезабеспячэння, разлічаных на дзесяцігоддзі аўтаномнай працы. Напрыклад, у рамках праекта «Дэдал» прапаноўваўся карабель на тэрмаядзерным сінтэзе дэйтэрыя і гелію-3, які змог бы дабрацца да бліжэйшай сістэмы Альфа Цэнтаўра за 36 гадоў. Сярод іншых перспектыўных рухавікоў разглядаюцца сонечныя ветразі, праматочныя рухавікі і сістэмы з перадачай энергіі прамянём. У больш аддаленай будучыні выкарыстанне антыматэрыі магло б дазволіць дасягаць рэлятывісцкіх хуткасцей^[189].

Энергетыка і ахаладжэнне

Гл. таксама: Касмічная сонечная энергетыка

Канцэпцыя касмічнай сістэмы сонечнай электрастанцыі для перадачы энергіі на Зямлю прамянём^[190].

Ультранізкая тэмпература адкрытага космасу можа служыць узнаўляльным рэсурсам для ахаладжэння аб’ектаў на Зямлі^[191][192]. Тэхналогія пасіўнага радыяцыйнага ахаладжэння выкарыстоўвае інфрачырвонае акно атмасферы, дазваляючы скідваць лішняе цяпло ў выглядзе даўгахвалевага інфрачырвонага выпраменьвання прама ў космас^[193][194]. Для павышэння эфектыўнасці такіх сістэм (каб яны не награваліся на сонцы) прымяняюцца спецыяльныя фатонныя метаматэрыялы^[195].

Промысел

Гл. таксама: Камерцыялізацыя касмічнай дзейнасці

Глыбокі вакуум — прывабнае асяроддзе для прамысловых працэсаў, якія патрабуюць звышчыстых паверхняў^[196]. Аднак, як і ў выпадку са здабычай выкапняў на астэроідах, касмічная вытворчасць патрабуе каласальных інвестыцый без гарантыі хуткай акупнасці^[197]. Галоўным бар’ерам застаецца высокі кошт вываду грузаў на арбіту. Паводле ацэнак 2006 года (з улікам інфляцыі), ён складаў ад 9 000 да 31 000 долараў ЗША за кілаграм^[198]. З 2013 года сітуацыя пачала мяняцца. З’яўленне часткова шматразовых ракет, такіх як «Falcon 9», знізіла планку кошту доступу ў космас ніжэй за 3500 долараў за кг. Але нават такія тарыфы застаюцца непамерна высокімі для масавай прамысловасці. Для вырашэння гэтай праблемы распрацоўваюцца альтэрнатыўныя канцэпцыі: цалкам шматразовыя сістэмы, безракетныя спосабы запуску, тросавыя сістэмы абмену імпульсам і касмічныя ліфты^[199].

Гл. таксама

• Абсалютныя прастора і час
• Арбітальная станцыя
• Касмагонія
• Касмалогія
• Касмічнае мастацтва
• Касмічная гонка
• Касмічныя тэхналогіі
• Космас і выжыванне
• Пагадненні Артэміды
• Панспермія
• Спіс касмічных агенцтваў
• Спіс касмічных запускаў
• Фотаметрычны парадокс Шэзо — Ольбера
• Храналогія даследавання Сонечнай сістэмы

Зноскі

1. Ілжывы світанак — з’ява, калі конус задыякальнага святла з’яўляецца на ўсходзе перад самым усходам Сонца. Абумоўлены не рассейваннем святла ў атмасферы Зямлі, а адбіццём сонечных прамянёў ад часціц міжпланетнага пылавога воблака ў адкрытым космасе, дзякуючы чаму свячэнне мае прывідна-белае адценне і назіраецца на фоне яшчэ цёмнага зорнага неба да з’яўлення першых прыкмет атмасфернай зары.
2. Як генератар на электрастанцыі ператварае кручэнне турбіны ў электрычнасць, так і кручэнне плазмы (зараджанага газу) усярэдзіне зорак і галактык стварае магнітныя палі.
3. Вялікая паўвось арбіты Месяца складае 384 400 км — гэта 19,2 % ад 2 мільёнаў км, або каля адной пятай^[106].