Содержание
Атмосфера Земли
Атмосфера и околоземное космическое пространство
| Уровень моря — 101,3 кПа (1 атм.; 760 мм рт. ст атмосферного давления), плотность среды 2,7·1019 молекул на см³. 0,5 км — до этой высоты проживает 80 % человеческого населения мира. 2 км — до этой высоты проживает 99 % населения мира. 2—3 км — начало проявления недомоганий (горная болезнь) у неакклиматизированных людей. 4,7 км — МФА требует дополнительного снабжения кислородом для пилотов и пассажиров. 5,0 км — 50 % от атмосферного давления на уровне моря. 5,3 км — половина всей массы атмосферы лежит ниже этой высоты (немного ниже вершины горы Эльбрус). 6 км — граница постоянного обитания человека, граница наземной жизни в горах. 6,6 км — самая высоко расположенная каменная постройка (гора Льюльяильяко, Южная Америка). 7 км — граница приспособляемости человека к длительному пребыванию в горах. 8,2 км — граница смерти без кислородной маски: даже здоровый и тренированный человек может в любой момент потерять сознание и погибнуть. 8,848 км — высочайшая точка Земли гора Эверест — предел доступности пешком. 9 км — предел приспособляемости к кратковременному дыханию атмосферным воздухом. 12 км — дыхание воздухом эквивалентно пребыванию в космосе (одинаковое время потери сознания |
10—20 с); предел кратковременного дыхания чистым кислородом без дополнительного давления; потолок дозвуковых пассажирских лайнеров.
15 км — дыхание чистым кислородом эквивалентно пребыванию в космосе.
16 км — при нахождении в высотном костюме в кабине нужно дополнительное давление. Над головой осталось 10 % атмосферы.
10—18 км — граница между тропосферой и стратосферой на разных широтах (тропопауза). Также это граница подъёма обычных облаков, дальше простирается разрежённый и сухой воздух.
18,9—19,35 — линия Армстронга — начало космоса для организма человека — закипание воды при температуре человеческого тела. Внутренние телесные жидкости на этой высоте ещё не кипят, поскольку тело генерирует достаточно внутреннего давления, чтобы предотвратить этот эффект, но могут начать кипеть слюна и слёзы с образованием пены, набухать глаза.
19 км — яркость тёмно-фиолетового неба в зените 5 % от яркости чистого синего неба на уровне моря (74,3—75 свечей против 1500 свечей на м²), днём могут быть видны самые яркие звёзды и планеты.
20 км — интенсивность первичной космической радиации начинает преобладать над вторичной (рождённой в атмосфере).
20 км — потолок тепловых аэростатов (монгольфьеров) (19 811 м)[10].
20—22 км — верхняя граница биосферы: предел подъёма в атмосферу живых спор и бактерий воздушными потоками.
20—25 км — яркость неба днём в 20—40 раз меньше яркости на уровне моря, как в центре полосы полного солнечного затмения и как в сумерки, когда Солнце ниже горизонта на 9—10 градусов и видны звёзды до 2-й звёздной величины.
25 км — днём можно ориентироваться по ярким звёздам.
25—26 км — максимальная высота установившегося полёта существующих реактивных самолётов (практический потолок).
15—30 км — озоновый слой на разных широтах.
34,668 км — официальный рекорд высоты для воздушного шара (стратостата), управляемого двумя стратонавтами (Проект Страто-Лаб, 1961 г.).
35 км — начало космоса для воды или тройная точка воды: на этой высоте вода кипит при 0 °C, а выше не может находиться в жидком виде.
37,65 км — рекорд высоты существующих турбореактивных самолётов (Миг-25, динамический потолок).
38,48 км (52 000 шагов) — верхняя граница атмосферы в 11 веке: первое научное определение высоты атмосферы по продолжительности сумерек (араб. учёный Альгазен, 965—1039 гг.)[11].
39 км — рекорд высоты стратостата, управляемого одним человеком (Ф. Баумгартнер, 2012 г.).
45 км — теоретический предел для прямоточного воздушно-реактивного самолёта.
48 км — атмосфера не ослабляет ультрафиолетовые лучи Солнца.
50 км — граница между стратосферой и мезосферой (стратопауза).
51,694 км — последний пилотируемый рекорд высоты в докосмическую эпоху (Джозеф Уокер на ракетоплане X-15, 30 марта 1961 г.)
51,82 км — рекорд высоты для газового беспилотного аэростата.
55 км — атмосфера не воздействует на космическую радиацию.
40—80 км — максимальная ионизация воздуха (превращение воздуха в плазму) от трения о корпус спускаемого аппарата при входе в атмосферу с первой космической скоростью.
70 км — верхняя граница атмосферы в 1714 г. по расчёту Эдмунда Галлея на основе данных альпинистов, законе Бойля и наблюдений за метеорами.
80 км — граница между мезосферой и термосферой (мезопауза): высота серебристых облаков.
80,45 км (50 миль) — официальная высота границы космоса в США.
100 км — официальная международная граница между атмосферой и космосом — линия Кармана, определяющая границу между аэронавтикой и космонавтикой. Аэродинамические поверхности (крылья) начиная с этой высоты не имеют смысла, так как скорость полёта для создания подъёмной силы становится выше первой космической скорости и атмосферный летательный аппарат превращается в космический спутник. Плотность среды на этой высоте 12 триллионов молекул на 1 дм³
Для тех, кому нужны более точные цифры:
Давление кПа, плотность кг/м 3 , температура °C — земной атмосферы (воздуха) в зависимоcти от высоты над уровнем моря по версии ICAO. От -250 м до 30 000 м.
Высота над
Для тех, кому нужна ещё более полная информация о свойствах атмосферы Земли до высоты 1 200 000 метров, вот 165 листов Межгосударственного стандарта «Атмосфера стандартная».
Современное кино и фантастические книги о космосе часто сбивают нас с толку, представляя многие факты искаженными. Конечно, верить всему, что видишь на экране или читаешь в Интернете, нельзя, однако некоторые заблуждения настолько крепко засели в нашем сознании, что нам сложно уже поверить, что на самом деле все несколько иначе.
Например, как вы думаете, что будет, если человек окажется в открытом космосе без скафандра? Его кровь закипит и испарится, его разовьет на мелкие кусочки или, может быть, он превратиться в кусок льда?
Многие полагают, что Солнце – это пылающий огнем шар, Меркурий – самая горячая планета Солнечной системы, а космические зонды отправляли только на Марс. Как же дела обстоят на самом деле?
Человек в космосе без скафандра
Миф №1: Человек без скафандра взорвется в открытом космосе
Вероятно, это один из самых старых и распространенных мифов. Есть мнение, что если человек вдруг окажется в открытом космическом пространстве без специального защитного костюма, его просто разорвет на части.
Логика в этом есть, ведь в космосе нет давления, поэтому если человек взлетит слишком высоко, его раздует как воздушный шар и он лопнет. Однако на самом деле наше тело вовсе не так эластично, как воздушный шарик. Нас не может разорвать на части в космосе, так как наше тело слишком упруго. Нас может немного раздуть, это так, но наши кости, кожа и другие органы не настолько хрупки, чтобы в миг разорваться на части.
В реальности несколько людей подвергались влиянию невероятно низкого давления во время своей работы в космосе. В 1966 году один космонавт тестировал космический скафандр, когда произошла разгерметизация на высоте более 36 километров. Он потерял сознание, но вовсе не взорвался, а позже полностью восстановился.
Миф №2: Человек без скафандра замерзнет в открытом космосе
Это заблуждение подогревается множеством кинофильмов. Во многих из них можно увидеть сцену, в которой один из героев оказывается за пределами космического корабля без скафандра. Он тут же начинает мерзнуть, а если пробудет в открытом космосе определенное время, просто превратиться в ледышку. В реальности все будет происходить с точностью наоборот. В открытом космосе вы вовсе не переохладитесь, а перегреетесь.
Миф №3: Кровь человека закипит в открытом космосе
Этот миф связан с тем фактом, что точка кипения любой жидкости имеет прямую связь с давлением окружающей среды. Чем выше давление, тем выше точка кипения и наоборот. Это происходит потому, что жидкости легче превратиться в газ, когда давление ниже. Поэтому логично было бы предположить, что в космосе, где нет давления, жидкости сразу же закипят и испарятся, в том числе и кровь человека.
Линия Амстронга – величина, при которой атмосферное давление настолько низкое, что жидкости испаряются при температуре, равной температуре нашего тела. Однако с кровью такого не происходит.
Например, жидкости тела, та же слюна или слезы, действительно испаряются. Человек, который испытал на себе, что такое низкое давление на высоте 36 километров, рассказывал, что во рту у него действительно пересохло, так как вся слюна испарилась. Кровь, в отличие от слюны, находится в закрытой системе, а вены позволяют ей оставаться в жидком состоянии даже при очень низком давлении.
Миф №4: Солнце – пылающий шар
Солнце – космический объект, которому уделяют много внимания при изучении астрономии. Это огромный огненный шар, вокруг которого вращаются планеты. Он находится на идеальном для жизни расстоянии от нашей планеты, давая достаточно тепла.
Многие неверно представляют себе Солнце, полагая, что оно действительно горит ярким пламенем, наподобие костра. В реальности же это большой газовый шар, который дает свет и тепло благодаря ядерному синтезу, который имеет место, когда два атома водорода соединяются, образуя гелий.
Черные дыры в космосе
Миф №5: Черные дыры имеют форму воронки
Многие представляют себе черные дыры как гигантские воронки. Именно так часто изображают эти объекты в кино. В реальности черные дыры фактически "невидимы", однако чтобы вы имели о них представление, художники часто изображают их в виде водоворотов, которые поглощают все вокруг.
В центре водоворота находится нечто, похожее на вход в потусторонний мир. Реальная черная дыра напоминает шар. В ней нет как таковой "дыры", которая затягивает. Это всего лишь объект с очень большой гравитацией, который притягивает к себе все, что находится поблизости.
Хвост кометы
Миф №6: У кометы горящий хвост
Представьте себе на секунду комету. Скорее всего, ваше воображение нарисует кусок льда, летящий на большой скорости сквозь космическое пространство и оставляющей за собой яркий след.
В отличие от метеоров, которые вспыхивают в атмосфере и умирают, комета может похвастаться наличием хвоста вовсе не из-за трения. Более того, она вовсе не разрушается, путешествуя в космосе. Ее хвост образуется благодаря теплу и солнечному ветру, которые растапливают лед, а частицы пыли отлетают от тела кометы в направлении, обратном ее движению.
Температура на Меркурии
Миф №7: Меркурий ближе всего к Солнцу, а значит, это самая горячая планета
После того, как Плутон вычеркнули из списка планет Солнечной системы, самой маленькой из них стал считаться Меркурий. Эта планета находится ближе всего к Солнцу, поэтому можно предположить, что она является самой горячей. Тем не менее, это не так. Более того, Меркурий на самом деле сравнительно холодный.
Максимальная температура на Меркурии составляет 427 градусов Цельсия. Если бы эта температура наблюдалась на всей поверхности планеты, даже тогда Меркурий был бы холоднее Венеры, температура поверхности которой составляет 460 градусов Цельсия.
Несмотря на то, что Венера находится на расстоянии 49889664 километра от Солнца, она имеет такую высокую температуру благодаря атмосфере, состоящей из углекислого газа, который задерживает тепло у поверхности. У Меркурия такой атмосферы нет.
Помимо отсутствия атмосферы, есть еще одна причина, почему Меркурий – сравнительно холодная планета. Все дело в ее движении и орбите. Полный оборот вокруг Солнца Меркурий совершает за 88 земных суток, а полный оборот вокруг своей оси делает за 58 земных суток. Это означает, что ночь на Меркурии длится 58 земных суток, поэтому температура на той стороне, которая оказывается в тени, опускается до минус 173 градусов Цельсия.
Запуски космических аппаратов
Миф №8: Человек отправлял космические корабли только к поверхности Марса
Все, конечно, слышали о марсоходе "Кьюриосити" и его важной научной работе, которую он выполняет, находясь сегодня на поверхности Марса. Вероятно, многие забыли о том, что на Красную планету отправлялись и другие аппараты.
Марсоход "Оппортьюнити" приземлился на Марсе в 2003 году. Ожидалось, что он проработает не более 90 дней, однако этот аппарат до сих пор в рабочем состоянии, хотя прошло уже 10 лет!
Многие полагают, что мы никогда не сможем запустить космические аппараты для работы на поверхности других планет. Конечно, человек отправлял различные спутники на орбиты планет, но добраться до поверхности и благополучно приземлиться – задача не из легких.
Впрочем, попытки были. Между 1970 и 1984 годами СССР удачно запустил 8 аппаратов на Венеру. Атмосфера этой планеты крайне не гостеприимна, поэтому все корабли проработали там очень недолго. Самое долгое пребывание – всего 2 часа, это даже больше, чем рассчитывали ученые.
Также человек добрался и до более удаленных планет, например, до Юпитера. Эта планета практически полностью состоит из газа, поэтому приземляться на нее в обычном смысле несколько затруднительно. Ученые все же отправили к ней аппарат.
В 1989 году космический корабль "Галилео" полетел к Юпитеру, чтобы изучить эту гигантскую планету и ее спутники. Это путешествие заняло 14 лет. 6 лет Аппарат усердно выполнял свою миссию, а затем был сброшен на Юпитер.
Он успел отправить важную информацию о композиции планеты, а также ряд других данных, которые позволили ученым пересмотреть свои представления о формировании планет. Также еще один корабль под названием "Юнона" сейчас на пути к гиганту. Планируется, что он доберется до планеты только через 3 года.
Невесомость в космосе
Миф №9: Космонавты на орбите Земли находятся в невесомости
Реальная невесомость или микро-гравитация существует далеко в космосе, однако ни одному человеку пока не удавалось ее испытать на собственной шкуре, так как ни один из нас пока слишком далеко от планеты не улетал.
Многие уверены, что космонавты, работая в космосе, парят в невесомости потому, что находятся далеко от планеты и не испытывают притяжения Земли. Однако это не так. Притяжение Земли на таком сравнительно небольшом расстоянии все равно существует.
Когда объект вращается вокруг такого большого космического тела, как Земля, обладающего большой гравитацией, этот объект на самом деле падает. Так как Земля постоянно движется, космические корабли не падают на ее поверхность, а тоже движутся. Это постоянное падение создает иллюзию невесомости.
Космонавты таким же образом падают внутри своих кораблей, но так как корабль движется с той же скоростью, кажется, что они парят в невесомости.
Подобный феномен можно заметить в падающем лифте или резко снижающемся самолете. Кстати, сцены с невесомостью в картине "Аполлон 13" снимались в снижающемся лайнере, который используется для тренировки космонавтов.
Самолет поднимается на высоту 9 тысяч метров, а затем начинает резко падать в течение 23 секунд, тем самым создавая внутри салона невесомость. Именно такое состояние испытывают космонавты в космосе.
Какова высота атмосферы земли?
Человечество относится к космосу, как к чему-то неизведанному и таинственному. Космическое пространство — это пустота, существующая между небесными телами. Атмосферы твердых и газообразных небесных тел (звезды и планеты) не имеют фиксированного верхнего предела, но постепенно становятся тоньше по мере увеличения расстояния до небесного тела. На определенной высоте это называется началом пространства. Какая температура в космосе, и прочие сведения будут рассказаны в этой статье.
Общее понятие
В космическом пространстве существует высокий вакуум с низкой плотностью частиц. Воздух в космосе отсутствует. Из чего состоит космос? Это не пустое пространство, оно содержит:
- газы;
- космическую пыль;
- элементарные частицы (нейтрино, космические лучи);
- электрические, магнитные и гравитационные поля;
- также электромагнитные волны (фотоны).
Абсолютный вакуум, или почти полный, делает пространство прозрачным, и позволяет наблюдать чрезвычайно удаленные объекты, такие как другие галактики. Но туман межзвездной материи также может серьезно затруднить представление о них.
Поездки или перевозки в космическом пространстве или через него, называются космическими поездками.
Где начинается космос
Нельзя точно сказать с какой высоты начинается космическое пространство. Международная авиационная федерация определяет край пространства на высоте 100 км над уровнем моря, линия Кармана.
Нужно, чтобы летательный аппарат двигался с первой космической скоростью, тогда будет достигнута подъемная сила. ВВС США определили высоту в 50 миль (около 80 км), как начало пространства.
Обе высоты предложены в качестве пределов верхних слоёв атмосферы. На международном уровне определения края пространства не существует.
Линия Кармана Венеры расположена примерно в 250 км высоты, Марса — около 80 километров. У небесных тел, которые не имеют, или почти не имеют никакой атмосферы, такие как Меркурий, Луна Земли или астероид, пространство начинается прямо на поверхности тела.
При повторном входе космического аппарата в атмосферу определяют высоту атмосферы для расчета траектории так, чтобы к точке повторного входа ее влияния было минимальным. Как правило, повторно начальный уровень, равен или выше, чем линия Карманы. НАСА использует значение 400000 футов (около 122 км).
Какое давление и температура в космосе
Абсолютный вакуум недостижим даже в космосе. Так как найдётся несколько атомов водорода на определённый объем. При этом, величины космического вакуума недостаточно, чтобы человек лопнул, как воздушный шарик, который перекачали. Не произойдет это той простой причине, что наше тело достаточно прочное, чтобы удержать свою форму, но это его всё равно не спасёт организм от смерти.
И дело тут не в прочности. И даже не в крови, хоть в ней есть примерно 50% воды, она находится в закрытой системе под давлением. Максимум – вскипит слюна, слёзы, и жидкости, что смачивают альвеолы в лёгких. Грубо говоря, человек погибнет от удушья. Даже на относительно малых высотах в атмосфере условия враждебны человеческому телу.
Ученый ведут спор: полный вакуум или нет в космосе, но все-таки склоняются ко мнению, полное значение недостижимо за счет молекул водорода.
Высота, в которой атмосферное давление соответствует давлению паров воды при температуре человеческого тела, называется линией Армстронга. Она расположена на высоте около 19.14 км. В 1966 году астронавт испытывал скафандр и был подвержен декомпрессии на высоте 36500 метров. За 14 секунд он отключился, но не взорвался, а выжил.
Максимальные и минимальные значения
Исходная температура в открытом космосе, установленная фоновым излучением Большого Взрыва, составляет 2.73 кельвина (К), что равно -270.45 °C.
Это самая низкая температура в космосе. Само пространство не имеет температуры, а только материя, которая в нем находится, и действующая радиация. Если быть более точным, то абсолютный ноль — это температура в -273.15 °C. Но в рамках такой науки как термодинамика, это невозможно.
Из-за радиации в космосе и держится температура в 2.7 К. Температура вакуума измеряется в единицах кинетической активности газа, как и на Земле. Излучение, заполняющее вакуум, имеет другую температуру, чем кинетическая температура газа, а это означает, что газ и излучение не находятся в термодинамическом равновесии.
Абсолютный ноль — это и есть самая низкая температура в космосе.
Локально распределенная в пространстве материя может иметь очень высокие температуры. Земная атмосфера на большой высоте достигает температуры около 1400 К. Межгалактический плазменный газ с плотностью менее одного атома водорода на кубический метр может достигать температур нескольких миллионов К. Высокая температура в открытом космосе обусловлена скоростью частиц. Однако общий термометр будет показывать температуры вблизи абсолютного ноля, потому что плотность частиц слишком мала, чтобы обеспечить измеримую передачу тепла.
Вся наблюдаемая вселенная заполнена фотонами, которые были созданы во время Большого Взрыва. Он известен как космическое микроволновое фоновое излучение. Имеется большое количество нейтрино, называемое космическим нейтринным фоном. Текущая температура черного тела фонового излучения составляет около 3-4 К. Температура газа в космическом пространстве всегда является по меньшей мере температурой фонового излучения, но может быть намного выше. Например, корона Солнца имеет температуры, превышающие 1.2-2.6 миллионов К.
Человеческое тело
С температурой связано другое заблуждение, которое касается тела человека. Как известно, наше тело в среднем состоит на 70% из воды. Теплу, которое она выделяет в вакууме, некуда деться, соответственно, теплообмен в космосе не происходит и человек перегревается.
Но пока он успеет это сделать, то умрёт от декомпрессии. По этой причине, одной из проблем с которой сталкиваются космонавты – это жара. А обшивка корабля, который находится на орбите под открытым солнцем, может сильно нагреваться. Температура в космосе по Цельсию может составить 260 °C на металлической поверхности.
Твердые тела в околоземном или межпланетном пространстве испытывают большое излучающее тепло на стороне, обращенной к солнцу. На солнечной стороне или, когда тела находятся в тени Земли, они испытывают сильный холод, потому что выделяют свою тепловую энергию в космос.
Например, костюм космонавта, совершающего выход в пространство на Международной космической станции, будет иметь температуру около 100 °C на стороне, обращенной к солнцу.
На ночной стороне Земли солнечное излучение затеняется, а слабое инфракрасное излучение земли заставляет скафандр остыть. Его температура в космосе по Цельсию будет составлять примерно до -100 °C.
Теплообмен
Это хитрый процесс и его принцип используется для охлаждения поверхностей аппаратов. Поверхность поглощает лучистую энергию, что падает на неё, и в то же время излучает в пространство энергию, которая равна сумме поглощённой и подводимой изнутри.
Неизвестно точно сказать, каким может быть давление в космосе, но оно очень маленькое.
В большинстве галактик наблюдения показывают, что 90% массы находится в неизвестной форме, называемой тёмной материей, которая взаимодействует с другим веществом через гравитационные, но не электромагнитные силы.
Большая часть массовой энергии в наблюдаемой вселенной, является плохо понимаемой вакуумной энергией пространства, которую астрономы и называют тёмной энергией. Межгалактическое пространство занимает большую часть объема Вселенной, но даже галактики и звёздные системы почти полностью состоят из пустого пространства.
Исследования
Люди начали физическое исследование космоса в течение 20-го века с появлением высотных полетов на воздушном шаре, а затем пилотируемых ракетных запусков.
Земная орбита была впервые достигнута Юрием Гагариным из Советского Союза в 1961 году, а беспилотные космические аппараты с тех пор добрались до всех известных планет Солнечной системы.
Из-за высокой стоимости полёта в космос, пилотируемый космический полет был ограничен низкой земной орбитой и Луной.
Космическое пространство представляет собой сложную среду для изучения человека из-за двойной опасности: вакуума и излучения. Микрогравитация также отрицательно влияет на физиологию человека, которая вызывает, как атрофию мышц, так и потерю костной массы. В дополнение к этим проблемам здравоохранения и окружающей среды, экономическая стоимость помещения объектов, в том числе людей, в космос очень высока.
Насколько холодно в космосе? Может быть температура еще ниже?
Температуры в разных точках вселенной
Вывод
Поскольку свет имеет конечную скорость, ограничиваются размеры непосредственно наблюдаемой вселенной. Это оставляет открытым вопрос о том, является ли Вселенная конечной или бесконечной. Космос продолжает быть загадкой для человека, полной феноменов. На многие вопросы современная наука пока не может дать ответы. Но какая температура в космосе, уже удалось выяснить, а какое давление в пространстве — со временем удастся измерять.
