Đâu là ranh giới giữa vũ trụ và bầu trời?

Khi các nhà leo núi chinh phục đỉnh Everest, họ thường phải mang theo bình dưỡng khí, thiết bị giúp họ có thể thở tự do ở độ cao lớn. Điều này là cần thiết vì bạn càng đến gần rìa bầu khí quyển của Trái đất, càng có ít oxy hơn, đặc biệt khi so sánh với lượng oxy dồi dào được tìm thấy gần mực nước biển.

Đây chỉ là một ví dụ về mức độ thay đổi của bầu khí quyển Trái đất. Và nó cũng cho thấy thành phần nguyên tố của các lớp của nó, từ tầng đối lưu, gần mực nước biển, đến tầng ngoài, ở các vùng ngoài cùng của nó.

Theo Dịch vụ thời tiết quốc gia, nơi mỗi lớp kết thúc và bắt đầu được xác định bởi bốn đặc điểm chính. Đó là sự thay đổi nhiệt độ, thành phần hóa học, tỷ trọng và sự chuyển động của các chất khí bên trong nó.

Vậy bầu khí quyển của Trái đất thực sự kết thúc ở đâu? Và không gian sẽ bắt đầu từ đâu?

Mỗi lớp khí quyển đóng một vai trò trong việc đảm bảo rằng hành tinh của chúng ta có thể chứa đựng mọi loại sự sống. Theo NASA, nó làm được mọi thứ, từ ngăn chặn bức xạ vũ trụ gây ung thư đến tạo ra áp suất cần thiết để sản xuất nước.

“Bạn càng đi xa khỏi Trái đất, bầu khí quyển càng trở nên ít đặc hơn.” Katrina Bossert, nhà vật lý vũ trụ tại Đại học Bang Arizona, chia sẻ. “Thành phần cũng thay đổi, các nguyên tử và phân tử nhẹ hơn bắt đầu chiếm ưu thế, trong khi các phân tử nặng hơn vẫn ở gần bề mặt Trái đất hơn.”

Khi nó di chuyển lên trên bầu khí quyển, áp suất hoặc trọng lượng của tầng khí quyển bên trên nhanh chóng yếu đi. Mặc dù máy bay thương mại có cabin điều áp, nhưng sự thay đổi nhanh chóng về độ cao có thể ảnh hưởng đến các ống eustachian mỏng nối tai, mũi và cổ họng của chúng ta. Matthew Igel, trợ lý giáo sư khoa học khí quyển tại Đại học California, Davis, cho biết: “Đó là lý do tại sao tai của bạn có thể cảm thấy nó khi nâng.”

Và cuối cùng, không khí trở nên quá loãng để máy bay thông thường bay được vì chúng không thể tạo ra đủ lực nâng. Đây là khu vực mà các nhà khoa học đã quyết định đánh dấu sự kết thúc của bầu khí quyển và sự khởi đầu của không gian.

Nó được gọi là đường Kármán, được đặt theo tên của Theodore von Kármán, một nhà vật lý mang ba quốc tịch Mỹ, Hungary và Đức. Năm 1957, ông trở thành người đầu tiên cố gắng xác định ranh giới giữa Trái đất và không gian bên ngoài.

Đường Kármán, vì nó đánh dấu ranh giới giữa Trái đất và không gian, không chỉ cho biết giới hạn của mặt phẳng nằm ở đâu mà còn rất quan trọng đối với các nhà khoa học và kỹ sư để hiểu cách giữ tàu con thoi và vệ tinh trên quỹ đạo thành công của Trái đất . Nhà vật lý Bossert nói: “Đường Kármán là một vùng gần đúng biểu thị độ cao mà các vệ tinh có thể quay quanh Trái đất mà không bị bốc cháy hoặc rơi ra khỏi quỹ đạo trước khi quay quanh Trái đất ít nhất một lần.”

“Thường được định nghĩa là cách Trái đất 100 km,” Igel nói thêm. “Có thể một thứ gì đó quay quanh Trái đất ở độ cao bên dưới đường Kármán, nhưng nó sẽ đòi hỏi vận tốc quỹ đạo cực cao, rất khó duy trì do ma sát. Nhưng không có gì ngăn cản điều đó.”

Ông nói: “Đó là một ngưỡng tưởng tượng, nhưng đó là thực tế ngăn cách du lịch hàng không với du hành vũ trụ. anh ấy nói thêm.

Theo Bossert, các yếu tố khác nhau, chẳng hạn như kích thước và hình dạng của vệ tinh, đóng vai trò quyết định lực cản không khí hiện tại và do đó, khả năng nó quay quanh Trái đất thành công. Thông thường, các vệ tinh ở quỹ đạo thấp của Trái đất – phân loại thường dành cho các vệ tinh ở độ cao dưới 1.000 km, nhưng đôi khi lên đến 160 km so với Trái đất – sẽ rơi khỏi quỹ đạo sau vài ngày. năm, làm “Sự leo thang của lớp vỏ trên của Trái đất dần dần làm chậm tốc độ quỹ đạo.”

Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là bầu khí quyển của Trái đất không thể phát hiện được ngoài 1000 km.

“Bầu khí quyển không biến mất khi bạn bước vào khu vực mà các vệ tinh quay quanh.” Bossert nói. “Còn hàng nghìn, hàng nghìn km nữa trước khi bằng chứng về bầu khí quyển của Trái đất biến mất. Các nguyên tử bên ngoài bầu khí quyển của Trái đất, các nguyên tử hydro tạo nên khí địa chất của nó [vùng ngoài cùng của khí quyển]thậm chí có thể vượt ra ngoài mặt trăng.

Vì vậy, nếu một người đến Phố Kármán, liệu họ có nhận thấy điều gì không? Họ có biết rằng về cơ bản họ đang ở biên giới giữa Trái đất và không gian?

“Không có gì thực sự thay đổi,” Bossert nói.

“Đường này không phải là một đường vật lý, do đó việc cắt ngang của nó sẽ không được chú ý, cũng như không có bất kỳ độ dày nào.” Igel nói thêm.

Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn có thể sống sót, dù chỉ trong một thời gian ngắn, ở làn trong của Kármán? Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn bị rơi ở đó mà không có bộ đồ phi hành gia hoặc bình dưỡng khí kèm theo? Nếu bạn đã làm, bạn có thể thở ở độ cao như vậy? Và những con chim có thể đạt đến độ cao như vậy?

“Về nguyên tắc, vẫn có thể bay tuyến Kármán.” Giáo sư Igel nói. “Tuy nhiên, trên thực tế, động vật không thể tồn tại ở độ cao trên ‘giới hạn Armstrong’, tức là khoảng 20 km so với bề mặt Trái đất, nơi áp suất thấp đến mức chất lỏng trong phổi sôi lên.”

Thẩm quyền giải quyết khoa học về cuộc sống