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科学研究重新定义太空边界:80公里,美国为什么一直反对?
2018-9-12 4:11:00           作者: 徐德文
科学研究重新定义太空边界:80公里,美国为什么一直反对?

 

太空,又称外层空间,是指地球大气层外的虚空区域。所有人可能都熟知这样一个数据,地球表面100公里以上就是太空了。这个数据来自于国际航空联合会定义的卡门线,由美国物理学家西奥多·冯·卡门提出,在这个高度附近,由于大气太过稀薄,无法再为航空器提供足够的升力。如果航空器非要在这个高度飞行,必须大大超过航空器在该高度环绕地球飞行的轨道速度,才能获得足够的升力来支撑自己的重量。

科学研究重新定义太空边界:80公里,美国为什么一直反对?

 

不过现在,另一位美国科学家,哈佛-史密森天体物理学中心的天体物理学家乔纳森·麦克道尔对此提出了挑战,在详细研究了卫星数据和精确计算后,麦克道尔提出,大气层与太空的分界线应定义在海拔80公里高度。

卡门的计算

1963年,卡门提出卡门线时认为,把一个物体送入大气层的速度,与维持它在地球轨道上的绕行速度相同,他还发现,物体在轨道上的水平运动,将抵消重力的影响。根据升力公式,卡门给出卡门线的数值大约是海拔100公里的高度,这也成为了国际上公认的太空边界。但事实上,航空器并不需要很快的速度来创造足够升力,因为地球表面有一定的曲率,当航空器达到轨道速度时,地球曲率产生的离心力会增加升力,卡门线的定义忽略了这一点。

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麦克道尔的挑战

麦克道尔认为卡门线是根据错误的假设计算出来的,没有经过任何实验检验。他找来了北美空防司令部的数据,里面详细记载了43000多颗卫星的轨道运行情况,其中有大约50颗重新进入了大气层烧毁。研究发现,它们在焚毁以前,都至少在低于100公里的轨道上至少运行了两圈,而前苏联的Elektron-4号卫星,1997年坠入大气层焚毁之前,更是在83公里的轨道上围绕地球转了10圈。

麦克道尔建立了一个数学模型来计算这些卫星坠入大气层前的最终轨道高度,发现大部分重入大气层的事件都发生在70到82公里的高度,80公里似乎是卫星最有可能的最低稳定轨道高度,麦克道尔因而建议将这一高度作为大气层和外太空新的边界。

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科学界的支持

以海拔80公里作为大气层和外太空的分界,可能会得到科学界的支持,因为从这个高度到100公里之间的地方,正好是空气化学成分发生剧烈变化,带电粒子更加丰富的中间层顶。中间层顶下面的地球大气层,会对空中运动的物体产生更大的力量。

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领空主权问题

太空边界究竟是100公里还是80公里,对科学活动比如火箭发射不会产生任何影响,但可能会引发重要的政治和领空问题。各国上空的空域通常被认为是该国的领空,但外太空则不属于任何一个国家。卡门线是目前公认的太空边界,但并不具有国际法上的意义。如果按100公里以上高度才是外太空,那么一个国家的卫星如果在80多公里的高度飞过,就会被认为是侵犯了其它国家的主权,所以美国一直反对明确设立外太空的边界。

美国NASA一般认为80公里以上就是外太空了,并为8位驾驶X-15火箭动力飞机,到达80公里以上区域的飞行员授予了宇航员身份,两名超过100公里高度的还获得了宇航员勋章。

太空高度降低了20公里,看起来是件好事,大家以后去太空就可以少走20公里了,咱身体和心理都做好了准备,就差飞船了。

责任编辑: 蔚 蓝 文章来源:
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