Espaço sideral - Outer space


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A interface entre a superfície da Terra e do espaço. A linha de Karman a uma altitude de 100 km (62 mi) é mostrado. As camadas de atmosfera são desenhados à escala, ao passo que os objetos dentro deles, como a Estação Espacial Internacional , não são.

O espaço exterior , ou apenas o espaço , é a extensão que existe além da Terra e entre os corpos celestes . O espaço não estiver completamente vazio-é um vácuo duro contendo uma baixa densidade de partículas, predominantemente um plasma de hidrogénio e hélio bem como radiações electromagnéticas , campos magnéticos , neutrinos , , e os raios cósmicos . A linha de base da temperatura , tal como definido pela radiação de fundo do Big Bang , é de 2,7 graus Kelvin (-270,45 ° C; -454,81 ° F). O plasma entre galáxias responsável por cerca de metade da matéria bariónica (ordinário) no universo; ele tem uma densidade em número de menos do que um átomo de hidrogénio por metro cúbico e uma temperatura de milhões de Kelvin; concentrações locais deste plasma foram condensadas em estrelas e galáxias . Estudos indicam que 90% da massa na maioria das galáxias está em uma forma desconhecida, chamada matéria escura , que interage com outro assunto através gravitacionais , mas não forças eletromagnéticas . As observações sugerem que a maior parte da massa-energia no universo observável é um pouco compreendida a energia de vácuo do espaço, que astrônomos rotular energia escuro . Espaço intergaláctico ocupa a maior parte do volume do Universo , mas mesmo galáxias e sistemas solares consistem quase inteiramente de espaço vazio.

O espaço exterior não começa a uma altitude definida acima da superfície da Terra. No entanto, a linha de Karman , uma altitude de 100 km (62 milhas) acima do nível do mar, é convencionalmente utilizado como o início do espaço exterior em tratados de espaço e para os registos aeroespaciais manutenção. O quadro para a internacional direito espacial foi estabelecida pelo Tratado do Espaço Exterior , que entrou em vigor em 10 de outubro de 1967. Este tratado impede qualquer reivindicação de soberania nacional e permite a todos os Estados para livremente explorar o espaço sideral . Apesar da elaboração de resoluções da ONU para os usos pacíficos do espaço exterior, armas anti-satélite foram testados em órbita da Terra.

Os seres humanos começaram a exploração física do espaço durante o século 20 com o advento da alta altitude voos de balão , seguido por tripulados lançamentos de foguetes . Órbita da Terra foi primeiro atingido por Yuri Gagarin da União Soviética em 1961, e nave espacial não tripulada , desde então, alcançou todos os conhecidos planetas no Sistema Solar . Devido ao alto custo de chegar ao espaço, tripulado vôo espacial foi limitada a órbita baixa da Terra e da Lua .

O espaço exterior representa um ambiente desafiante para a exploração humana por causa dos perigos de vácuo e radiação . Microgravidade também tem um efeito negativo sobre humano fisiologia que faz com que tanto a atrofia muscular e perda de osso . Além desses problemas de saúde e ambientais, o custo econômico de colocar objetos, incluindo humanos, para o espaço é muito alto.

Descoberta

Em 350 aC, filósofo grego Aristóteles sugeriu que a natureza abomina o vácuo , um princípio que ficou conhecido como o vácuo de horror . Este conceito construído sobre um século 5º aC ontológica argumento pelo filósofo grego Parmênides , que negou a possível existência de um vazio no espaço. Com base nesta ideia de que um vácuo não poderia existir, no Ocidente foi amplamente difundida por muitos séculos que o espaço não poderia ser vazio. Tão tarde quanto o século 17, o filósofo francês René Descartes argumentou que a totalidade do espaço deve ser preenchido.

Na China antiga , o astrônomo 2º século Zhang Heng tornou-se convencido de que o espaço deve ser infinito, estendendo-se muito além do mecanismo que apoiou o Sol e as estrelas. Os livros sobreviventes da escola Hsüan Yeh disse que os céus eram sem limites, "vazio e vazio de substância". Da mesma forma, o "sol, lua, e a companhia de estrelas flutuam no espaço vazio, parado ou em movimento".

O cientista italiano Galileu Galilei sabia que o ar tinha massa e assim estava sujeito à gravidade. Em 1640, demonstrou que uma força estabelecida resistiu a formação de um vácuo. No entanto, ele permaneceria para seu pupilo Evangelista Torricelli para criar um aparelho que iria produzir um vácuo parcial em 1643. Este experimento resultou no primeiro mercúrio barómetro e criou uma sensação científica na Europa. O matemático francês Blaise Pascal fundamentado que, se a coluna de mercúrio foi apoiada por ar, então a coluna deve ser menor em altura mais elevada, onde a pressão do ar é inferior. Em 1648, seu irmão-de-lei, Florin Périer, repetiu a experiência no Puy de Dôme montanha no centro da França e descobriu que a coluna foi mais curto por três polegadas. Esta diminuição na pressão foi ainda demonstrada por que leva um balão meio cheio até uma montanha e vê-lo expandir gradualmente, então contrair durante a descida.

Um exemplo de exposição vidro contém um dispositivo mecânico com um braço de alavanca, mais dois hemisférios de metal ligado a desenhar cordas
Os originais hemisférios Magdeburg (inferior esquerdo) utilizados para demonstrar a bomba de vácuo de Otto von Guericke (direita)

Em 1650, o cientista alemão Otto von Guericke construiu a primeira bomba de vácuo: um dispositivo que iria refutar ainda mais o princípio da vácuo de horror . Ele corretamente observou que a atmosfera da Terra circunda o planeta como uma concha, com a densidade declinando gradualmente com a altitude. Ele concluiu que deve haver um vácuo entre a Terra ea Lua.

Voltar no século 15, teólogo alemão Nicolaus Cusanus especularam que o Universo não tinha um centro e uma circunferência. Ele acreditava que o Universo, embora não seja infinito, não poderia ser realizada como finita como faltou quaisquer limites dentro dos quais ela poderia ser contidos. Essas idéias levou a especulações quanto à dimensão infinita do espaço pelo filósofo italiano Giordano Bruno no século 16. Ele estendeu a copernicana heliocêntrica cosmologia ao conceito de um Universo infinito preenchido com uma substância que chamou de éter , que não resistiu ao movimento dos corpos celestes. Inglês filósofo William Gilbert chegou a uma conclusão semelhante, argumentando que as estrelas são visíveis para nós só porque eles estão cercados por um éter fino ou um vazio. Este conceito de um éter originou com gregos antigos filósofos, incluindo Aristóteles, que concebeu-o como o meio através do qual os corpos celestes se movem.

O conceito de um universo preenchido com um éter luminífero permaneceu em voga entre alguns cientistas até o início do século 20. Esta forma de éter foi visto como o meio através do qual a luz poderia propagar. Em 1887, a experiência de Michelson-Morley tentou detectar o movimento da Terra através deste meio, procurando por mudanças na velocidade da luz , dependendo da direção do movimento do planeta. No entanto, o resultado nulo indicou que algo estava errado com o conceito. A idéia do éter luminífero foi então abandonado. Foi substituído por Albert Einstein teoria 's de relatividade especial , que afirma que a velocidade da luz no vácuo é uma constante fixa, independente do movimento do observador ou o quadro de referência .

O primeiro profissional astrônomo para apoiar o conceito de um Universo infinito era o inglês Thomas Digges em 1576. Mas a escala do Universo permaneceu desconhecida até a primeira medição bem sucedida da distância de uma estrela próxima em 1838 pelo astrônomo alemão Friedrich Bessel . Ele mostrou que a estrela 61 Cygni teve uma paralaxe de apenas 0,31  segundos de arco (em comparação com o valor atual de 0,287 "). Isto corresponde a uma distância de mais de 10 anos-luz . Em 1917, Heber Curtis observou que novae em nebulosas espiral foram, em média, 10 grandezas mais fraca do que galáctico novas, sugerindo que os primeiros são 100 vezes mais longe. A distância até a galáxia de Andrômeda foi determinada em 1923 pelo astrônomo americano Edwin Hubble por medir o brilho de variáveis cefeidas nessa galáxia, uma nova técnica descoberta por Henrietta Leavitt . Esta estabeleceu que a galáxia de Andrômeda, e por extensão todas as galáxias, estava bem fora da Via Láctea .

O mais antigo estimativa conhecida da temperatura do espaço exterior era pelo físico suíço Charles E. Guillaume , em 1896. Usando a radiação estimada das estrelas de fundo, ele concluiu que o espaço deve ser aquecido a uma temperatura de 5-6 K. físico britânico Arthur Eddington fez um cálculo semelhante para derivar uma temperatura de 3,18 K em 1926. físico alemão Erich Regener utilizada a energia medida total de raios cósmicos a estimar uma temperatura intergaláctica de 2,8 K em 1933.

O conceito moderno do espaço exterior é baseada na cosmologia "Big Bang" , proposto pela primeira vez em 1931 pelo físico belga Georges Lemaître . Esta teoria sustenta que o universo se originou de uma forma muito densa que desde então tem sofrido contínua expansão . A energia fundo lançado durante a expansão inicial tenha diminuído de forma constante na densidade, levando a uma previsão 1948 por físicos americanos Ralph Alpher e Robert Herman de uma temperatura de 5 K para a temperatura do espaço.

O termo espaço exterior foi usado em 1842 pelo poeta Inglês Lady Emmeline Stuart-Wortley em seu poema "A Donzela de Moscou". A expressão espaço foi usado como um termo astronômico por Alexander von Humboldt em 1845. Mais tarde foi popularizado nos escritos de HG Wells em 1901. A curto prazo espaço é mais velho, usado pela primeira vez para significar a região além do céu da Terra em John Milton " s Paradise Lost em 1667.

Formação e estado

Este é o conceito de um artista da expansão métrica do espaço , onde um volume do universo é representado em cada intervalo de tempo pelas seções circulares. À esquerda está representada a rápida inflação do estado inicial, seguida posteriormente por expansão constante até aos nossos dias, mostrado à direita.

De acordo com a teoria do Big Bang, o Universo primordial era um estado extremamente quente e denso cerca de 13,8 bilhões de anos atrás , que rapidamente se expandiu . Cerca de 380.000 anos depois do universo tinha esfriado o suficiente para permitir prótons e elétrons para combinar e formar hidrogênio-a chamada época de recombinação . Quando isso aconteceu, matéria e energia se tornou dissociado, permitindo que os fótons de viajar livremente através do espaço em contínua expansão. Importa que permaneceu após a expansão inicial desde então passou por colapso gravitacional para criar estrelas , galáxias e outros objetos astronômicos , deixando para trás um vácuo profundo que forma o que é agora chamado o espaço exterior. Como a luz tem uma velocidade finita, esta teoria também restringe o tamanho do universo diretamente observáveis. Isso deixa em aberto a questão de saber se o Universo é finito ou infinito.

A presente dia forma do universo foi determinado a partir de medições do fundo de microondas por meio de satélites como a de Wilkinson Microwave Anisotropy Probe . Estas observações indicam que a geometria espacial do universo observável é " plana ", significando que fotões sobre trajectos paralelos em um ponto permanecem paralelas à medida que viajam através do espaço para o limite do universo observável, excepto por gravidade local. O universo plana, combinado com a densidade de massa medida do universo e a acelerar a expansão do universo , indica que o espaço tem um diferente de zero a energia de vácuo , que é chamada de energia escura .

Estimativas colocar a densidade média de energia do presente universo dia ao equivalente de 5,9 protões por metro cúbico, incluindo a energia escuro, matéria escura , e importa bariónica (matéria comum composto de átomos). Os átomos representam apenas 4,6% da densidade total de energia, ou de uma densidade de um protão por quatro metros cúbicos. A densidade do universo, no entanto, não é claramente uniforme; que varia de densidade relativamente elevada em galáxias-inclusive muito alta densidade em estruturas dentro de galáxias, tais como planetas, estrelas, e os buracos negros -to condições em grandes espaços vazios que têm densidade muito mais baixa, pelo menos em termos de matéria visível. Ao contrário de matéria e matéria escura, energia escura não parece estar concentrada em galáxias: embora a energia escura pode ser responsável por uma maioria da massa-energia no universo, a influência da energia escura é de 5 ordens de grandeza menor do que a influência da gravidade da matéria e matéria escura dentro da Via Láctea.

Meio Ambiente

Um fundo preto com formas luminosas de vários tamanhos espalhados aleatoriamente sobre.  Eles normalmente têm tons brancos, vermelhos ou azuis.
Parte do campo ultra-Profunda Hubble imagem que mostra uma secção típica de galáxias espaço contendo intercaladas por vácuo profundo. Dado o finito velocidade da luz , essa visão abrange os últimos 13 bilhões de anos da história do espaço exterior.

O espaço exterior é a aproximação conhecido mais próxima de um vácuo perfeito . Ele não tem nenhum tipo de atrito , permitindo estrelas, planetas , e luas para mover-se livremente ao longo das suas ideais órbitas , após a formação inicial fase. No entanto, mesmo a vácuo profundo do espaço intergaláctico não é desprovido de matéria , uma vez que contém alguns átomos de hidrogénio por metro cúbico. Por comparação, o ar humans respirar contém cerca de 10 25 moléculas por metro cúbico. A baixa densidade de matéria no espaço significa que a radiação eletromagnética pode viajar grandes distâncias sem ser espalhadas: o caminho livre médio de um fóton no espaço intergaláctico é de cerca de 10 23 de  Km, ou 10 bilhões de anos-luz. Apesar disso, extinção , que é a absorção e dispersão de fotões por poeira e gás, é um factor importante na galáctico e intergaláctico astronomia .

Estrelas, planetas e luas mantêm suas atmosferas pela atração gravitacional. Atmosferas não têm claramente delineada limite superior: a densidade de gás atmosférico diminui gradualmente com a distância a partir do objecto até que se torne indistinguível do espaço exterior. Atmosférica da Terra pressão cai para cerca de 0,032 Pa a 100 quilômetros (62 milhas) de altitude, em comparação com 100.000 Pa para a União Internacional de Química Pura e Aplicada definição (IUPAC) de pressão padrão . Acima desta altitude, a pressão do gás isotrópico rapidamente se torna insignificante quando comparado a pressão de radiação do Sol ea pressão dinâmica do vento solar . O thermosphere neste intervalo tem grandes gradientes de pressão, temperatura e composição, e varia muito em função do tempo espaço .

A temperatura do espaço exterior é medida em termos da cinética actividade do gás, uma vez que está na Terra. No entanto, a radiação do espaço exterior tem uma temperatura diferente da temperatura cinética do gás, o que significa que o gás e radiação não estão em equilíbrio termodinâmico . Todo o universo observável é preenchido com fótons que foram criados durante o Big Bang , que é conhecida como a radiação cósmica de fundo (CMB). (Não é muito provável que um número correspondentemente grande de neutrinos chamado o fundo neutrino cósmica .) A corrente de corpo negro temperatura da radiação de fundo é de cerca de 3  K (-270  ° C ; -454  ° F ). As temperaturas dos gases no espaço são sempre, pelo menos, a temperatura do CMB mas pode ser muito mais elevado. Por exemplo, a corona do Sol atinge temperaturas mais 1,2-2.600.000 K.

Os campos magnéticos foram detectados no espaço em torno de quase todas as classes de objeto celeste. Formação de estrela no galáxias espirais pode gerar pequenos dínamos , criando turbulência intensidades de campo magnético de cerca de 5-10 μ L . O efeito Davis-Greenstein provoca alongados grãos de poeira a alinhar-se com o campo magnético de um Galaxy, resultando em fraca óptico polarização . Isso tem sido usado para mostrar existem campos magnéticos ordenados em várias galáxias próximas. Magneto-hidrodinâmica processos em ativos galáxias elípticas produzem seus característicos jatos e lóbulos de rádio . Não térmicos fontes de rádio foram detectados mesmo entre os mais distantes, de alta z fontes, indicando a presença de campos magnéticos.

Fora de uma atmosfera protectora e campo magnético, existem poucos obstáculos à passagem através do espaço de energéticos partículas subatómicas conhecidos como raios cósmicos. Estas partículas têm energias que variam de cerca de 10 6  eV até um extremo 10 20  eV de raios ultra-alta energia cósmica . O fluxo de pico de raios cósmicos ocorre em energias de cerca de 10 9  eV, com, aproximadamente, 87%, 12% protões núcleos de hélio e núcleos 1% mais pesados. Na gama de alta energia, o fluxo de electrões é apenas cerca de 1% do que de protões. Os raios cósmicos podem danificar os componentes eletrônicos e representam uma ameaça à saúde para os viajantes espaciais. De acordo com os astronautas, como Don Pettit , o espaço tem um odor queimado / metálico que se apega a seus ternos e equipamentos, semelhante ao cheiro de um arco de soldadura tocha.

Apesar do ambiente hostil, várias formas de vida foram encontrados que pode resistir a condições extremas do espaço por longos períodos. Espécie de líquen realizadas no SEC Biopan facilidade sobreviveram à exposição durante dez dias em 2007. As sementes de Arabidopsis thaliana e Nicotiana tabacum germinadas depois de ter sido exposto ao espaço durante 1,5 anos. A cepa de bacillus subtilis sobreviveu 559 dias quando expostas a órbita baixa da Terra ou de um ambiente marciano simulado. O lithopanspermia hipótese sugere que as rochas ejetados para o espaço de planetas-abrigando vida podem transportar com sucesso formas de vida para um outro mundo habitável. A conjectura é que tal cenário ocorreu no início da história do Sistema Solar, com potencialmente microorganismo rochas -bearing sendo trocadas entre Vênus, Terra e Marte.

Efeito sobre os corpos humanos

A metade inferior mostra um planeta azul com nuvens brancas irregulares.  A metade superior tem um homem em um traje espacial branco e unidade manobrando contra um fundo preto.
Por causa dos perigos de um vácuo, os astronautas devem usar um pressurizado traje espacial enquanto off-Terra e fora de sua nave espacial.

Mesmo a relativamente baixas altitudes na atmosfera da Terra, as condições são hostis ao corpo humano. A altitude onde a pressão atmosférica corresponde à pressão de vapor de água na temperatura do corpo humano é chamado a linha de Armstrong , em homenagem médico americano Harry G. Armstrong . Ele está localizado a uma altitude de cerca de 19,14 km (11.89 mi). A ou acima da linha de Armstrong, fluidos na garganta e pulmões evaporar. Mais especificamente, exposta líquidos corporais tais como saliva, lágrimas, e líquidos nos pulmões evaporar. Assim, a esta altitude, a sobrevivência humana requer um traje pressurizado, ou uma cápsula pressurizada.

Uma vez no espaço, súbita exposição de seres humanos desprotegidos a muito baixa pressão , tal como durante uma descompressão rápida, pode causar pulmonar barotrauma ruptura -a dos pulmões, devido ao grande diferencial de pressão entre o interior e exterior da caixa. Mesmo que as vias aéreas do indivíduo é totalmente aberta, o fluxo de ar através da traqueia pode ser demasiado lenta para evitar a ruptura. Descompressão rápida pode romper tímpanos e seios, hematomas e escoar sangue pode ocorrer em tecidos moles, e choque pode causar um aumento no consumo de oxigénio que leva à hipoxia .

Como uma consequência de descompressão rápida, oxigénio dissolvido no sangue se esvazia para dentro dos pulmões a tentar equalizar a pressão parcial gradiente. Uma vez que o sangue oxigenado chega ao cérebro, os seres humanos perdem a consciência após alguns segundos e morrer de hipóxia em poucos minutos. Sangue e outros fluidos corporais ferver quando a pressão cai abaixo de 6.3 kPa, e esta condição é chamada ebullism . O vapor pode inchar o corpo para duas vezes o seu tamanho normal e circulação lenta, mas os tecidos são elástico e poroso o suficiente para evitar a ruptura. Ebullism é retardado pela contenção da pressão de vasos sanguíneos, de modo algum sangue permanece líquido. Inchaço e ebullism pode ser reduzido por contenção em um traje pressurizado . O Fato de protecção da tripulação Altitude (CAPS), uma peça de vestuário elástica montada concebido na década de 1960 para astronautas, impede ebullism a pressões tão baixas como 2 kPa. Oxigénio suplementar é necessária a 8 km (5,0 mi) para fornecer oxigénio suficiente para a respiração e para evitar a perda de água, enquanto acima de 20 km (12 mi) ternos de pressão são essenciais para evitar ebullism. A maioria dos trajes espaciais usar em torno de 30-39 kPa de oxigênio puro, aproximadamente o mesmo que na superfície da Terra. Esta pressão é suficientemente elevada para prevenir ebullism, mas evaporação do azoto dissolvido no sangue ainda poderia causar doença de descompressão e embolias gás se não for controlado.

Os humanos evoluíram para a vida na Terra gravidade ea exposição à microgravidade foi mostrado para ter efeitos deletérios sobre a saúde humana. Inicialmente, mais de 50% dos astronautas experimentam espaço enjôo . Isto pode causar náuseas e vômitos , vertigens , dores de cabeça, letargia e mal-estar geral. A duração da doença espaço varia, mas geralmente dura por 1-3 dias, após o qual o corpo se ajusta ao novo ambiente. Exposição a longo prazo a resultados Weightlessness em atrofia muscular e deterioração do esqueleto , ou osteopenia voo espacial . Estes efeitos podem ser minimizados através de um regime de exercício. Outros efeitos incluem a redistribuição do fluido, diminuindo do sistema cardiovascular , diminuição da produção de células vermelhas do sangue , distúrbios de equilíbrio, e um enfraquecimento do sistema imunitário . Sintomas menores incluem perda de massa corporal, congestão nasal, distúrbios do sono e inchaço do rosto.

Para as viagens espaciais de longa duração, a radiação pode representar um perigo para a saúde aguda . A exposição a alta energia, ionizantes raios cósmicos podem resultar em fadiga, náuseas, vómitos, bem como danos ao sistema imunológico e alterações ao glóbulo branco contagem. Ao longo períodos mais longos, os sintomas incluem um risco aumentado de câncer , além de danos aos olhos , sistema nervoso , pulmões e do trato gastrointestinal . Em um round-trip Mars missão com duração de três anos, uma grande fração das células no corpo de um astronauta poderia ser percorrido e potencialmente danificada por núcleos de alta energia. A energia de tais partículas é significativamente diminuída pela blindagem fornecida pelas paredes de uma nave espacial e pode ser ainda mais reduzida por recipientes de água e outras barreiras. No entanto, o impacto dos raios cósmicos sobre a blindagem produz radiação adicional que pode afetar a tripulação. Mais pesquisas são necessárias para avaliar os riscos de radiação e determinar as contramedidas adequadas.

fronteira

Um foguete branco com asas em forma de estranhamente em repouso em uma pista.
SpaceShipOne completou a primeira tripulada voo espacial privado em 2004, atingindo uma altitude de 100,12 km (62,21 mi).

Não há uma fronteira clara entre a atmosfera da Terra e do espaço, como a densidade da atmosfera diminui gradualmente à medida que a altitude aumenta. Existem várias designações de contorno, a saber:

  • A Fédération Aéronautique Internationale estabeleceu a linha de Kármán a uma altitude de 100 km (62 mi) como uma definição de trabalho para a fronteira entre a aeronáutica e astronáutica. Isto é usado porque a uma altitude de cerca de 100 km (62 mi), como Theodore von Karman calculada, um veículo teria que viajar mais rápido que a velocidade orbital para derivar suficiente sustentação aerodinâmica da atmosfera para se sustentar.
  • Os Estados Unidos designa as pessoas que viajam a uma altura de 50 milhas (80 km) como astronautas .
  • NASA do Space Shuttle utilizado 400.000 pés (76 mi, 122 km) como a sua re-entrada altitude (denominado a interface de entrada), que aproximadamente marca a fronteira, onde a resistência atmosférica torna-se perceptível, iniciando assim o processo de mudança de direcção com propulsores para manobrando com superfícies de controlo aerodinâmicas.

Em 2009, cientistas relataram medições detalhadas com um Supra-Thermal Ion Imager (um instrumento que mede a direção e velocidade dos íons), o que lhes permitiu estabelecer um limite de 118 km (73 milhas) acima da Terra. O limite representa o ponto médio de uma transição gradual ao longo de dezenas de quilómetros dos ventos relativamente suaves da atmosfera da Terra para os fluxos mais violentas de partículas carregadas no espaço, que podem atingir velocidades de bem mais de 268 m / s (600 mph).

Status legal

No topo, um foguete escuro está emitindo uma nuvem brilhante de fogo contra um céu azul.  Por baixo, uma coluna de fumaça é parcialmente ocultando um navio da Marinha.
2008 Lançamento do míssil SM-3 usado para destruir americano satélite de reconhecimento EUA-193

O Tratado do Espaço Exterior fornece a estrutura básica para o direito espacial internacional. Ele cobre o uso legal do espaço exterior por Estados-nação, e inclui na sua definição de espaço a Lua e outros corpos celestes. O tratado afirma que o espaço seja livre para todos os estados nacionais para explorar e não está sujeita a reivindicações de nacional soberania . Também proíbe a implantação de armas nucleares no espaço exterior. O tratado foi aprovada pela Assembléia Geral das Nações Unidas em 1963 e assinado em 1967 pela URSS, os Estados Unidos da América e Reino Unido. A partir de 2017, 105 Estados partes, quer tenham ratificado ou aderido ao tratado. Um adicional de 25 estados assinaram o tratado, sem ratificá-la ..

Desde 1958, o espaço exterior tem sido objecto de várias resoluções das Nações Unidas. Destes, mais de 50 foram sobre a cooperação internacional nos usos pacíficos do espaço exterior e prevenir uma corrida armamentista no espaço. Quatro adicionais direito espacial tratados foram negociados e elaborado pela ONU Comitê para o Uso Pacífico do Espaço Exterior . Ainda assim, não resta nenhuma proibição legal contra a implantação de armas convencionais no espaço e armas anti-satélite foram testados com sucesso por os EUA, URSS e China. 1979 Tratado Lua virou a jurisdição de todos os corpos celestes (incluindo as órbitas em torno desses órgãos) mais para a comunidade internacional. No entanto, este tratado não foi ratificado por qualquer nação que atualmente pratica vôo espacial tripulado.

Em 1976, oito estados equatoriais ( Equador , Colômbia , Brasil , Congo , Zaire , Uganda , Quênia e Indonésia ) reuniram-se em Bogotá , Colômbia. Com a sua "Declaração da Primeira Reunião de Países Equatorial", ou "Declaração de Bogotá", alegou o controle do segmento do caminho orbital geoestacionária correspondente a cada país. Estas alegações não são internacionalmente aceitos.

Órbita terrestre

Uma sonda entra em órbita quando a sua centrípeta aceleração devido à gravidade é menos do que ou igual à centrífuga aceleração devido ao componente horizontal da sua velocidade. Para uma órbita terrestre baixa , esta velocidade é de cerca de 7.800 m / s (28,100 km / h; 17400 mph); pelo contrário, a velocidade do avião tripulado mais rápido alguma vez conseguido (excluindo velocidades alcançadas por deorbiting nave espacial) foi de 2.200 m / s (7900 kmh; 4.900 mph) em 1967 pela North American X-15 .

Para atingir uma órbita, a nave espacial deve viajar mais rápido do que um voo sub-orbital . A energia necessária para alcançar a velocidade orbital da terra a uma altitude de 600 km (370 mi) é de cerca de 36  MJ / kg, que é de seis vezes a energia necessária para subir apenas a altitude correspondente. Nave espacial com um perigeu abaixo de cerca de 2.000 km (1.200 milhas) estão sujeitos a arrastar a partir da atmosfera da Terra, o que diminui a altitude orbital. A taxa de decaimento orbital depende da área do satélite em corte transversal e em massa, assim como as variações na densidade do ar da atmosfera superior. Abaixo de cerca de 300 km (190 mi), decadência torna-se mais rápida com tempos de vida medido em dias. Uma vez que um satélite desce para 180 km (110 mi), tem apenas algumas horas antes que vaporiza na atmosfera. A velocidade de escape necessária para puxar livre de campo gravitacional da Terra completamente e passar para o espaço interplanetário é de cerca de 11200 m / s (40,300 kmh; 25,100 mph).

regiões

O espaço é um vácuo parcial: seus diferentes regiões são definidas pelas diferentes atmosferas e "ventos" que dominam no seu interior, e se estendem até ao ponto em que estes ventos dar forma aos além. Geospace se estende da atmosfera da Terra para os confins do campo magnético da Terra, após o que abre caminho para o vento solar do espaço interplanetário. Interplanetários espaço se estende para o heliopause, após o que o vento solar dá forma aos ventos do meio interestelar . Espaço Interstelar em seguida, continua para os bordos da Galaxy, onde ela desaparece no vazio intergaláctico.

Geospace

A metade inferior é o planeta azul-branco em baixa iluminação.  flâmulas vermelhas nebulosas subir para cima do membro do disco para o céu negro.  O vaivém espacial é visível ao longo da borda esquerda.
Aurora austral observada a partir do ônibus espacial Descoberta , na STS-39 , Maio de 1991 (altitude orbital: 260 km)

Geospace é a região do espaço próximo da Terra, incluindo a atmosfera superior e magnetosfera . Os cintos de Van Allen se encontram dentro da geospace. O limite exterior da Geospace é o magnetopausa , que forma uma interface entre a magnetosfera da Terra eo vento solar. O limite interior é a ionosfera . As variáveis condições de espaço-tempo de Geospace são afetadas pelo comportamento do Sol e do vento solar; objecto de Geospace está interligado com heliophysics - o estudo do Sol e seu impacto sobre os planetas do Sistema Solar.

O magnetopausa do lado do dia é comprimido pela pressão da energia solar, eólica - a distância subsolar a partir do centro da Terra é tipicamente raios 10 Terra. Do lado da noite, o vento solar se estende a magnetosfera para formar uma cauda magnética que às vezes se estende a mais de 100-200 raios terrestres. Por cerca de quatro dias de cada mês, a superfície lunar é protegido do vento solar como a Lua passa pela cauda magnética.

Geospace é preenchido por partículas electricamente carregadas com densidades muito baixas, os movimentos do qual são controladas pelo campo magnético da Terra . Estes plasmas formar um meio do qual distúrbios de tempestade semelhante movidos pelo vento solar pode conduzir correntes elétricas na atmosfera superior da Terra. Tempestades geomagnéticas podem perturbar duas regiões de Geospace, os cinturões de radiação e ionosfera. Estas tempestades aumentar fluxos de elétrons energéticos que podem danificar permanentemente a eletrônica de satélites, interferindo na comunicação rádio de ondas curtas e GPS localização e timing. Tempestades magnéticas também podem ser um perigo para os astronautas, mesmo em órbita baixa da Terra. Eles também criar auroras visto em altas latitudes em um oval cercam os pólos geomagnéticos .

Embora ele se enquadra na definição de espaço, a densidade atmosférica dentro das primeiras poucas centenas de quilómetros acima da linha de Karman ainda é suficiente para produzir significativa arrasto em satélites . Esta região contém material que sobraram de lançamentos tripulados e não tripulados anteriores que são um risco potencial para a nave espacial. Algumas dessas detritos re-entra na atmosfera da Terra periodicamente.

espaço Cislunar

Nave espacial proposto para o curso cislunar tripulada nos anos 2020

Gravidade da Terra mantém a Lua em órbita a uma distância média de 384.403 km (238.857 mi). A região fora da atmosfera da Terra e que se estendem até um pouco além da órbita da Lua , incluindo os pontos de Lagrange , é por vezes referido como espaço cislunar .

A região do espaço onde a gravidade da Terra permanece dominante contra gravitacionais perturbações do Sol é chamada de esfera de Hill . Isso se estende também para o espaço translunar a uma distância de cerca de 1% da distância média da Terra ao Sol, ou 1,5 milhões de km (0,93 milhões mi).

Espaço profundo tem diferentes definições a respeito de onde ele começa. Foi definido pelo governo dos Estados Unidos e outros como qualquer região além do espaço cislunar. A União Internacional de Telecomunicações responsável pela comunicação de rádio (incluindo satélites) define o início do espaço profundo em cerca de 5 vezes essa distância ( 2 × 10 6  km ).

espaço interplanetário

No canto inferior esquerdo, coma branco destaca-se contra um fundo preto.  material de nebulosa córregos longe ao topo e à esquerda, enfraquecendo lentamente com a distância.
O plasma escasso (azul) e poeira (branco) na cauda do cometa Hale-Bopp estão a ser moldadas por pressão de radiação solar e o vento solar, respectivamente

Interplanetários espaço é definido pelo vento solar, um fluxo contínuo de partículas carregadas que emanam do Sol que cria uma atmosfera muito ténue (a heliosphere ) para milhares de milhões de quilómetros para o espaço. Este vento tem uma densidade de partícula de 5-10 protões / cm 3 e se move a uma velocidade de 350-400 km / s (780,000-890,000 mph). Espaço interplanetário se estende até o heliopausa , onde a influência do ambiente galáctico começa a dominar o campo e partículas de fluxo magnético do Sol A distância e força do heliopause varia dependendo do nível de actividade do vento solar.

O volume de espaço interplanetário é um vácuo quase totais, com um percurso livre médio de cerca de uma unidade astronômica à distância orbital da Terra. No entanto, este espaço não estiver completamente vazio, e é pouco cheio com raios cósmicos, que incluem ionizados núcleos atómicos e várias partículas subatómicas. Há também gás, plasma e pós, meteoritos , e várias dezenas de tipos de orgânicos moléculas descobertas até à data por espectroscopia de microondas . Uma nuvem de poeira interplanetária é visível à noite como um débil banda chamada luz zodiacal .

espaço interplanetário contém o campo magnético gerado pelo Sol Há também magnetosferas gerados por planetas como Júpiter, Saturno, Mercúrio e da Terra que têm seus próprios campos magnéticos. Estes são moldadas pela influência do vento solar para a aproximação de uma forma de lágrima, com a cauda longa que se prolonga para fora por detrás do planeta. Estes campos magnéticos podem capturar partículas do vento solar e outras fontes, criando cintos de partículas carregadas, tais como as correias de radiação de Van Allen. Planetas sem campos magnéticos, como Marte, tem suas atmosferas gradualmente erodida pelo vento solar.

espaço interestelar

laranja irregular e nebulosidade azul contra um fundo preto, com um arco de laranja curva envolvendo em torno de uma estrela no centro.
Arco de choque formada pela magnetosfera da jovem estrela LL Orionis (centro), uma vez que colide com a Nebulosa de Orion fluxo

Espaço interestelar é o espaço físico dentro de uma galáxia além da influência cada estrela tem sobre o plasma englobava. O conteúdo do espaço interestelar são chamados o meio interestelar. Aproximadamente 70% da massa do meio interestelar consiste em átomos de hidrogénio solitário; a maioria do restante consiste de átomos de hélio. Este é enriquecido com quantidades vestigiais de átomos mais pesados formados através nucleosynthesis estelar . Estes átomos são ejectadas para o meio interestelar por ventos estelares ou quando estrelas evoluídos começam a lançar os seus envelopes exteriores, tais como durante a formação de uma nebulosa planetária . A explosão de um catastrófico Supernova gera uma expansão onda de choque consistindo de materiais ejectados que enriquecer ainda mais o meio. A densidade de matéria no meio interestelar pode variar consideravelmente: a média é de cerca de 10 6 partulas por m 3 , mas frias nuvens moleculares pode conter de 10 8 -10 12 por m 3 .

Um número de moléculas existir no espaço interestelar, como lata pequena 0.1  ? M as partículas de poeira. A contagem de moléculas descobertas através radioastronomia é cada vez maior a uma taxa de cerca de quatro novas espécies por ano. Grandes regiões de maior densidade conhecido como matéria nuvens moleculares permitem que as reacções químicas ocorram, incluindo a formação de espécies poliatómicos orgânicos. Muita desta química é impulsionado por colisões. Raios cósmicos energéticos penetrar as nuvens frias, densas e ionizar hidrogénio e hélio, resultando, por exemplo, no catião trihydrogen . Um átomo de hélio ionizado pode então dividir relativamente abundante de monóxido de carbono para produzir carbono ionizado, que por sua vez pode conduzir a reacções químicas orgânicas.

O meio interestelar local é uma região do espaço a 100  parsecs (PC) da Sun, que é de interesse tanto pela sua proximidade e por sua interação com o Sistema Solar. Este volume quase coincide com uma região do espaço conhecida como a bolha local , que é caracterizada por uma falta de nuvens densas, frio. Ele forma uma cavidade no braço de Orion da Via Láctea, com nuvens moleculares densos encontram-se ao longo das bordas, tais como aqueles nas constelações de Ophiuchus e Taurus . (A distância real à fronteira desta cavidade varia 60-250 pc ou mais.) Este volume contém cerca de 10 4 -10 5 estrelas e o gás interestelar local contrabalança as astrospheres que rodeiam estas estrelas, com o volume de cada esfera variando dependendo da densidade de local do meio interestelar. The Bubble local contém dezenas de nuvens interestelares quentes, com temperaturas de até 7.000 K e raios de 0,5-5 pc.

Quando as estrelas estão se movendo em suficientemente altas velocidades peculiares , seus astrospheres pode gerar choques arco como eles colidem com o meio interestelar. Durante décadas, assumiu-se que o Sol teve um choque arco. Em 2012, os dados do Interstellar Boundary Explorer (IBEX) e da NASA Voyager sondas mostrou que choques arco do Sol não existe. Em vez disso, estes autores argumentam que um subsônico onda de proa define a transição do fluxo do vento solar para o meio interestelar. A onda de choque é o terceiro limite de um astrosphere após o choque de terminação eo astropause (chamada de heliopausa no Sistema Solar).

espaço intergaláctico

A estrela -forming região na Grande Nuvem de Magalhães , talvez o Galaxy mais próximo da Terra da Via Láctea

Espaço intergaláctico é o espaço físico entre as galáxias. Estudos sobre a distribuição em grande escala de galáxias mostram que o universo tem uma estrutura semelhante a espuma, com os aglomerados ou grupos de galáxias situadas ao longo dos filamentos, que ocupam cerca de um décimo do total do espaço. O restante constitui grandes espaços vazios, que são na maior parte vazia de galáxias. Tipicamente, um vazio se estende por uma distância de (10-40) h -1 mpc, onde h é a constante de Hubble em unidades de 100 km s -1 Mpc -1 .

Envolvente e que se estende entre galáxias, há uma rarefeita plasma que é organizado em um filamentar galáctico estrutura. Este material é chamado o meio intergaláctico (IGM). A densidade do IGM é 5-200 vezes a densidade média do Universo. Ela consiste principalmente em hidrogénio ionizada; isto é, um plasma constituído por igual número de electrões e protões. Como o gás cai no meio intergaláctico dos vazios, que aquece até temperaturas de 10 5  K a 10 7  K, que é suficientemente elevada de modo que as colisões entre átomos de ter energia suficiente para fazer com que os electrões ligados para escapar a partir dos núcleos de hidrogénio; é por isso que o IGM é ionizado. A estas temperaturas, é chamado o meio intergaláctico quente-quente (WHIM). (Embora o plasma é muito quente pelos padrões terrestres, 10 5 K é muitas vezes chamado de "quente" em astrofísica.) As simulações de computador e observações indicam que até metade da matéria atômica no Universo pode existir neste estado warm-quente, rarefeita . Quando o gás cai das estruturas filamentares da WHIM para os aglomerados de galáxias nas intersecções dos filamentos cósmicos, pode aquecer-se ainda mais, atingindo temperaturas de 10 8  K e acima no assim chamado meio do cluster.

Exploração e aplicações

Um disco azul-branco contra um fundo preto.  áreas marrons de chão são visíveis em algumas áreas através de aberturas nas nuvens brancas roda.  O canto inferior esquerdo do disco está na sombra parcial.
A primeira imagem tirada de toda a Terra por astronautas foi baleado durante a Apollo 8 missão

Para a maioria da história humana, o espaço foi explorado por observações feitas a partir da Terra superfície inicialmente com a olho nu e, em seguida, com o telescópio. Antes do advento da tecnologia de foguetes confiável, o mais próximo que os seres humanos tinham vindo a alcançar o espaço exterior era através do uso de voos de balão. Em 1935, os EUA Explorer II voo de balão tripulado tinha alcançado uma altitude de 22 km (14 mi). Isto foi largamente ultrapassado, em 1942, quando o terceiro lançamento do alemão foguete A-4 subiu para uma altitude de cerca de 80 km (50 milhas). Em 1957, o satélite não tripulado Sputnik 1 foi lançado por um russo R-7 foguete , conseguindo órbita da Terra a uma altitude de 215-939 km (134-583 mi). Isto foi seguido pelo primeiro voo espacial humano em 1961, quando Yuri Gagarin foi posto em órbita em Vostok 1 . Os primeiros seres humanos para escapar da órbita baixa da Terra eram Frank Borman , Jim Lovell e William Anders em 1968 a bordo os EUA Apollo 8 , que alcançou a órbita lunar e chegou a uma distância máxima de 377.349 km (234.474 milhas) da Terra.

A primeira sonda a atingir a velocidade de escape era o Soviética Luna 1 , o qual realizado um fly-by da Lua em 1959. Em 1961, Venera 1 tornou-se a primeira sonda planetária. Ele revelou a presença do vento solar e realizou a primeira fly-by de Venus , embora o contato foi perdido antes de chegar a Vênus. A primeira missão planetária bem-sucedida foi de 1962 fly-by de Venus por Mariner 2 . A primeira fly-by de Marte foi pela Mariner 4 em 1964. Desde aquela época, nave espacial não tripulada examinaram com sucesso cada um dos planetas do Sistema Solar, assim suas luas e muitos planetas menores e cometas. Eles continuam a ser uma ferramenta fundamental para a exploração do espaço, bem como a observação da Terra. Em agosto de 2012, a Voyager 1 se tornou o primeiro objeto feito pelo homem a deixar o Sistema Solar e entrar no espaço interestelar .

A ausência de ar faz com que o espaço um local ideal para a astronomia em todos os comprimentos de onda do espectro electromagnético . Isto é evidenciado pelas imagens espectaculares enviados de volta pelo Telescópio Espacial Hubble , permitindo que a luz de mais de 13 bilhões de anos atrás, quase ao momento do Big Bang-a serem observados. No entanto, nem todos os localização no espaço é ideal para um telescópio. A poeira zodiacal interplanetária emite uma radiação do infravermelho próximo difusa que pode mascarar a emissão de fontes fracas, tais como planetas extra-solares. Movendo um telescópio infravermelho para fora após a poeira aumenta a sua eficácia. Da mesma forma, um site como a cratera Daedalus no lado mais distante da Lua poderia proteger um radiotelescópio do interferência de radiofrequência que dificulta observações de Terra.

Nave espacial não tripulada em órbita da Terra são uma tecnologia essencial da civilização moderna. Eles permitem monitoramento direto de condições meteorológicas , retransmitir comunicações de longo alcance como a televisão, fornecem um meio de navegação precisa , e permitir que o sensoriamento remoto da Terra. O último papel serve uma vasta variedade de fins, incluindo a humidade do solo de seguimento para a agricultura, a previsão do fluxo de saída de água a partir de embalagens de neve sazonais, a detecção de doenças em plantas e árvores, e vigilância de actividades militares.

O vácuo profundo do espaço pode fazer-se um ambiente atraente para certos processos industriais, tais como aqueles que requerem superfícies ULTRACLEAN. No entanto, como a mineração de asteróides , fabricação espaço requer um investimento significativo com poucas perspectivas de retorno imediato. Um fator importante no gasto total é o alto custo de colocar a massa em órbita terrestre: $ 7,000-24,000 por kg em dólares ajustados à inflação, de acordo com uma estimativa de 2006. Conceitos propostos para abordar esta questão incluem spacelaunch não-foguete , amarras troca de momento , e elevadores espaciais .

Viagem interestelar para uma tripulação humana permanece em apenas uma possibilidade teórica presente. As distâncias para as estrelas mais próximas exigirá novos desenvolvimentos tecnológicos e a capacidade de sustentar com segurança tripulações para as viagens que duram várias décadas. Por exemplo, o Daedalus Projeto estudo, que propôs uma nave espacial alimentado pela fusão de deutério e Ele 3 , exigiria 36 anos para alcançar a próxima Alpha Centauri sistema. Outros sistemas de propulsão interstelares propostos incluem velas de luz , ramjets , e de propulsão alimentados por feixe . Mais sistemas de propulsão avançados poderiam usar antimatéria como combustível, potencialmente atingindo velocidades relativistas .

Veja também

Referências

Bibliografia

links externos