Gdzie zaczyna się przestrzeń kosmiczna?

Gdzie znajduje się granica oddzielająca przestrzeń powietrzną od przestrzeni kosmicznej? Debata na ten temat jest stara jak dzieje astronautyki, a rozwój turystyki suborbitalnej tylko ją zaognił.

Krótko. Od strony formalnej, dla większości państw i instytucji kosmos rozpoczyna się powyżej linii Kármána, czyli 100 km n.p.m. W opozycji stoi administracja amerykańska, przyjmująca pułap zaledwie 80,4 km (50 mil) n.p.m. Z kolei od strony fizycznej, nie istnieje żadna ostra bariera, choć większość kryteriów pozwala uznawać za przestrzeń kosmiczną już termosferę.

Problem definicji przestrzeni kosmicznej sięga dalej, niż tylko czysto akademickiego sporu toczonego przez fizyków i astronomów. Zależnie bowiem od tego, czy mamy do czynienia jeszcze z przestrzenią powietrzną, czy już z obszarem kosmosu – obowiązywać nas będzie inne prawo. Mówiąc najogólniej, latając w przestrzeni powietrznej jakiegoś państwa, znajdujemy się w obrębie jego terytorium. Z kolei przestrzeń kosmiczna, podobnie do morza otwartego, stanowi strefę wolną od jurysdykcji lub zwierzchnictwa jakiegokolwiek podmiotu.

Ale to nie wszystko, bo przecież zależnie od tego, gdzie położymy granicę oddzielającą obie sfery, zależeć będzie status przebywających tam pojazdów oraz ich pilotów. Krótko mówiąc, żeby określić, czy mamy do czynienia ze statkiem kosmicznym i astronautą, musimy ustalić czy rzeczywiście przebywali oni w kosmosie.

Właśnie dlatego, żeby zapobiec zbędnym swarom (co i tak nie do końca się udało), prawo międzynarodowe oparło się o umowną, ale konkretną i łatwą do zapamiętania linię Kármána, wiszącą na wysokości równych 100 kilometrów. Zgodnie z powyższym, większość państw i liczących się instytucji – na czele z ONZ oraz Międzynarodową Federacją Lotniczą (FAI) – traktuje wszystko powyżej tego pułapu jako domenę kosmosu.

Balon stratosferyczny
Co ciekawe, błękit nieba zaczyna ustępować kosmicznej czerni już w stratosferze. To zdjęcie zostało wykonane przez kamerę balonu World View, na wysokości około 30 kilometrów. Robi wrażenie, choć do przestrzeni kosmicznej jeszcze daleka droga.

I na tym moglibyśmy zakończyć sprawę, gdyby nie krnąbrni Amerykanie. Cała administracja Stanów Zjednoczonych, zaczynając od NASA, przez Federalną Agencję Lotnictwa (FAA), Narodową Służbę Oceaniczną i Atmosferyczną (NOAA), aż po wojskowe Siły Powietrzne (Air Force) – zgodnie z własną tradycją, umieszcza granicę kosmosu na wysokości 50 mil (80,4 km). W związku z tym, konsekwentnie, każdy amerykański pilot, który wyściubi nos powyżej tej linii, może już ubiegać się o oficjalne odznaczenie United States Astronaut Badge.

No dobrze, ale skąd akurat takie wartości? Dlaczego mówimy o pułapie 80-100 km, a nie np. 500 lub 1000 km nad powierzchnią naszej planety? Czy prawna granica przestrzeni kosmicznej w ogóle koresponduje z obiektywną wiedzą naukową?

Wiele osób, słysząc pytanie o to, gdzie zaczyna się kosmos, intuicyjnie łączy odpowiedź z krańcem atmosfery. Pomysł teoretycznie nie najgorszy, ale zawiera spory mankament. Mianowicie, atmosfera nie posiada żadnej wyraźnie zarysowanej krawędzi i wraz z wysokością, po prostu ulega powolnemu rozrzedzaniu, bardzo płynnie przechodząc w międzyplanetarną próżnię (w której i tak roi się od rozmaitych cząstek).

Gdzie zaczyna się kosmos?

Żeby było jeszcze ciekawiej, strzępy ziemskich gazów można zarejestrować nawet kilka tysięcy kilometrów od planety[1]. Będąc restrykcyjnym należałoby zatem uznać, że większość astronautów w rzeczywistości nigdy nie wychyliła się poza najbardziej zewnętrzne warstwy szeroko rozumianej atmosfery.

Najlepszy przykład stanowi sławna Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, orbitująca “zaledwie” 400 kilometrów ponad naszymi głowami, a więc formalnie pozostająca w obrębie termosfery (90-500 km). A jednak, mimo wszystko ISS określana jest stacją “kosmiczną”, a jej lokatorzy noszą dumne miano “astronautów” – co jasno sugeruje, że tak naprawdę przestrzeń kosmiczna zazębia się z wierzchnią, i tak ledwie wyczuwalną częścią atmosfery.

Jeśli więc chcemy zarysować jakąś wiarygodną i obiektywną linię kosmosu musimy bardziej się postarać i poszukać wyraźniejszych kryteriów. Możemy przykładowo argumentować, że kosmos jest tam, gdzie gęstość gazów jest zbyt mała, aby przenosić fale dźwiękowe (160 km). Albo, powołać się na strefę, w której zaczyna dominować wiatr słoneczny i inne naładowane cząstki docierające z głębi Układu Słonecznego (120 km). Możemy też szukać najniższej możliwej orbity, gdzie statek z wyłączonym napędem będzie zdolny do przynajmniej jednego okrążenia planety (130 km). Ewentualnie, pozostaje nam wyznaczyć wysokość, na której konstrukcja samolotu traci rację bytu, bo atmosfera staje się zbyt rozrzedzona, aby umożliwić tradycyjny lot.

Podobny pomysł do tego ostatniego, wpadł do głowy wybitnemu inżynierowi i teoretykowi lotnictwa, Theodorowi von Kármánowi. Tak, temu samemu, na cześć którego nazwano wspomnianą już linię. Uczony w połowie ubiegłego stulecia starał się obliczyć, na jakim pułapie prędkość, konieczna do uzyskania przez maszynę siły nośnej, staje się większa od prędkości orbitalnej[2]. Innymi słowy, pragnął ustalić, gdzie ostatecznie kapituluje aeronautyka, oddając pałeczkę inżynierii kosmicznej. Co zabawne, według oryginalnych prac Kármána punkt ten znajduje się na wysokości 83 kilometrów, czyli bliżej amerykańskiej definicji granicy kosmosu, niż formalnej, międzynarodowej linii Kármána.

Tak czy inaczej, większość rozważanych przez różnych autorów opcji, każe nam szukać kosmicznego brzegu w podobnym miejscu – gdzieś między mezosferą i termosferą. Biorąc to pod uwagę, zarówno umowna linia Kármána, jak i propozycja Amerykanów, mają swoje uzasadnienie i z czystym sumieniem można je traktować jako przybliżenie rzeczywistej granicy rozdzielającej przestrzeń powietrzną od obszaru kosmosu.

Nie zmienia to oczywiście faktu, że tytuł “astronauty” jest obecnie tylko etykietką. Bez względu na to, czy jakiś kosmiczny turysta wzniósł się na wysokość 80, 100 czy 120 kilometrów, stawianie go w jednym szeregu, choćby z uczestnikami programu Apollo, byłoby równie niestosowne co nazywanie pasażera samolotu weteranem lotnictwa.

[+]
Jak mała może być bomba atomowa? Dokąd sięga atmosfera ziemska? Kiedy będzie następne zaćmienie Słońca w Polsce?