Világűr

Az égitestek közötti légüres térséget világűrnek nevezzük. Nincs éles határ a Föld légköre és a világűr között. A legáltalánosabban elfogadott határvonal a Nemzetközi Asztronautikai Szövetség által meghatározott 100 kilométeres magasság (a Kármán-vonal), de a funkcionalizmus hívei szerint a világűr ott kezdődik, ahol már létezhet orbitális mozgás. Az Amerikai Egyesült Államokban a 80 km magasságig eljutott pilótákat már asztronautáknak nevezik. Az űreszközök visszatérésekor 120 km magasságban kezdődően válik jelentőssé a légkör hatása.

Neve ellenére a világűr nem teljesen üres. Apró porszemcsék, molekulák és atomok formájában itt is anyag található, de olyan kis sűrűségben, amilyent a legjobb földi laboratóriumokban sem lehet előállítani. A világűrt 2,7 K hőmérsékletű kozmikus háttérsugárzás tölti be, amely az Ősrobbanás egyik fontos következménye.

Tartalomjegyzék

[szerkesztés] A világűr, mint környezet

A világűr tökéletesen más környezet az érzékeink által megszokott mindennapi környezethez képest. A legfőbb különbségként a szinte teljes vákuumot jelölhetjük meg. Bár a közgondolkodásban az űr a tökéletes vákuum szinonimája, azért mégsem találunk tökéletesen légüres teret a kozmoszban. Még az intergalaktikus térben is van köbméterenként néhány hidrogénatom. (Összehasonlításképpen: a földi légkör a tengerszinten 10¹⁹ atomot tartalmaz köbméterenként.)

A világűr határa nem éles, hisz a definícióban szereplő légkör kiterjedése nem határozható meg egzaktul. Egy égitest légköri gázainak sűrűsége az égitesttől távolodva szigorúan monoton csökken,a Föld esetében 100 kilométer magasan 1 Pa nyomás uralkodik még mindig. Ám ezen a vonalon túl már a Nap sugárnyomása, valamint a napszél dinamikus nyomásának hatása mellett a légköri nyomás hatása elhanyagolhatóvá válik. A légkör és a világűr határvidékét - azt a térrészt, ahol a légköri gázok a "szokásos" köbméterenkénti néhány atomnyira csökken - szokás termoszférának, vagy ionoszférának is nevezni, ahol a fő környezeti hatást az ún. űridőjárás jelenti.

Érdekes módon a szintén ebben határsávban - az űrhajózásban használt terminus szerint az alacsony Föld körüli pályán (Low Earth Obit) - mozgó űreszközökre mégis jelentős hatással van az előbb jelentéktelennek minősített gáz. A műholdakra és a hosszabb ideig odafenn keringő űrállomásokra jelentős fékező hatást fejt ki a légkör felső része, amely egészen odáig fajulhat, hogy az űreszköz elveszti az orbitális sebességet és visszasüllyed a sűrű légkörbe, ahol elég, esetleg a roncsai a földfelszínig is eljuthatnak. Éppen ezért az alacsony Föld körüli pályán keringő űreszközök pályántartásához időről-időre olyan pályakorrakciós manőverre van szükség, amely az eszköz pályamenti sebességét növelve megemeli a keringés magasságát.

A világűrben uralkodó hőmérséklet ~3 K, azaz -270 °C. Ez a világűrt kitöltő kozmikus háttérsugárzás hatása, amely az Ősrobbanás mára fennmaradt nyomának, elekromágneses "visszhangjának" tekinthető.

A világűr körülményei az ember számára - védőöltözet nélkül - elviselhetetlenek, halálosak. Az ilyen körülmények közé került emberre többféle veszély leselkedik: a rendkívül alacsony hőmérséklet miatti fagyhalál, a gyakorlatilag nulla nyomás miatt a testnedvek felforrása, vagy a fulladás. A legvalószínűbb ezek közül az utóbbi: a tüdőben levő és a külső nyomás azonnal ki akar egyenlítődni és a levegő azonnal kiáramlik a tüdőből, majd a vérben kötött oxigén is igyekszik kiválni a tüdőben és ez is kiáramlik a környezetbe, végül az oxigán nélkül maradt szervek felmondják a szolgálatot még mielőtt a fagyhalál, vagy a testnedvek elforrása bekövetkezne.

[szerkesztés] A világűr, mint sebességhatár

A világűr egy másik értelmezése az űrrepüléshez köthető és a Föld felszíne feletti 100 km-es magasságon túli teret tekinti az űrnek. Mindezt Kármán Tódor aerodinamikai számításai nyomán, aki kimutatta, hogy kb. 100 km magasan húzódik az a határ, ahol egy repülő test aerodinamikai felületei által termelt felhajtóerőnek már nincs jelentősége, mert a megfelelő mennyiségű felhajtóerő termelődéséhez immár olyan sebességre lenne szükség, amellyel egyébként sem esne vissza a földfelszínre a repülőeszköz, mivel elérte az első kozmikus sebességet.

Az azonban tévhit, hogy ha egy test egyszer elérte az orbitális sebességet, akkor kering a Föld körül. A földfelszín közelében lehetetlen a mai technikával elérni az orbitális sebességet, a levegő közegellenállása túl sok energia befektetését igényelné, amelyhez a mai kor színvonalán nem tudunk eszközt biztosítani (jelenleg 32 MJ/kg energiát kell befektetni az űreszközök orbitális pályára bocsátásához). A legkisebb magasság, amelyen viszonylag tartósan (néhány keringésig) érhető el a keringési sebesség, 80 km. Itt már olyan ritka a légkör, hogy a technika mai színvonalán elérhető tolóerővel el lehet érni a keringési sebességet, ám mégis olyan sűrű és olyan nagy a súrlódás okozta fékezőhatás, hogy az eszköz további meghajtás nélkül hamar lelassul és lezuhan. A Kármán-féle 100 km is éppen ezért elméleti, ott még nem lehetne fenntartani a kellő sebességet, ennek a duplája kell egy pár napig stabil pályához (ahol a lassulás végre elég csekély ahhoz, hogy folyamatos gyorsítás, folyamatos eneriabefektetés nélkül nélkül akár néhány napig is fennmaradjon az űreszköz). Az évekig is stabil pályához azonban már 350 km magasra kell eljutni.

Visszafelé is igaz a fenti tétel. Hiába érjük el a kellő (200 km-es, vagy akár 350 km-es) magasságokat, az eszközünk akkor sem fog pályára állni, csak ha a szükséges sebesség is megvan. Éppen ezek mentén a feltételek mentén különböztetünk meg orbitális repülést és szuborbitális repülést (más néven űrugrást).

[szerkesztés] Repülések a világűr határán

A repülés határainak kitapogatására a NASA indította a legkiterjedtebb kísérleti programot, a repülőgéppel elérhető legnagyobb magasság és/vagy sebesség elérésére. A kísérletek az X-15-program keretében zajlottak. Ennek keretében egy B-52-es bombázóról nagy magasságban indított rakétarepülőgéppel törtek a magassági, ill. sebességi rekordokra. A legnagyobb magasságot 1963. augusztus 22.-én érte el Joseph A. Walker pilóta 107 960 méterrel. (Amerikában egyébként a fentebb már említett 80 kilométert tekintik az űrrepüléseknék az űr határának és az azt bármi módon túllépő pilótákat űrhajósnak tekintik. Így lehet, hogy az X-15 pilótái közül többen kapták meg az űrhajós titulust.) Az X-15 által elért legnagyobb sebességet pedig Pete Knight pilóta érte el 7 274 km/h-val. Ezzel a légkörben, ember vezette repülőgéppel elért legnagyobb sebesség rekordját ma is ő tartja. (A légköri repülések között azóta egy ember nélküli kísérleti gép, az X-43A elhódította a legnagyobb sebesség abszolut rekordját.)

A világűr határát repülőgéppel ostromló repülések között a magassági rekord a SpaceShipOne magánűrhajóé és Brian Binnie pilótáé, "ők" 2004. október 4.-én 112 000 méter magasra emelkedtek az Ansari X-díjért folyó versengésben.

[szerkesztés] A világűr vidékei

[szerkesztés] Föld körüli térség

A Föld feletti kisebb magasságokon, nagyjából a Hold pályájáig terjedő (épp ezért sokszor holdközi térségnek is nevezett) térrészt tekintjük a Föld körüli térségnek.

[szerkesztés] Bolygóközi tér

A naprendszeren belüli térséget szokás a bolygóközi térnek tekinteni

[szerkesztés] Csillagközi tér

Kilépve a naprendszer határai közül, túl a heliopauzán, de még a Tejútrendszeren belül található a csillagközi tér.

[szerkesztés] Intergalaktikus tér

Végül a legtágabb kitekintést a Tejútrendszer gravitációs határain túli intergalaktikus tér jelenti.

[szerkesztés] Jogi státusa

A világűrre vonatkozó szabályokat a világ államainak jórésze által aláírt Világűr Egyezmény foglalja össze. Lényege, hogy semelyik állam nem telepít nukleáris, vagy bármilyen más tömegpusztító fegyvert a világűrbe, illetve bármely bolygón, vagy a Holdon csak békés célú tevékenységet folytathat.

[szerkesztés] Fontos magasságok

3 km – Az FAA tartalék oxigént ír elő a repülőgépek pilótáinak és utasainak.
5,3 km – A Föld légkörének fele ezen szint alatt van.
16 km – Nyomás alá helyezett kabin, vagy különleges védőöltözet szükséges.
18 km – A troposzféra felső határa.
20 km – A testnedvek védőöltözet nélkül felforrnak.
24 km – A hagyományos repülőgépeken alkalmazott túlnyomásos rendszer már nem működik.
32 km – A turbojetek nem működnek.
45 km – A ramjetek nem működnek.
50 km – A sztratoszféra felső határa.
80 km – A mezoszféra felső határa.
100 km – A Kármán-vonal, az aerodinamikai felületeknek már nincs jelentősége.
120 km - A keringésből visszatérő űreszköz ezen a magasságon kezdi érzékelni a légkör fékező hatását
200 km - A lehető legkisebb magasság egy rövid távon (néhány napig) stabil orbitális pályához
350 km - A lehető legkisebb magasság egy hosszú távon (több éven át) stabil orbitális pályához
360 km - Az Nemzetközi Űrállomás átlagos keringési magassága
587 km - A Hubble Űrtávcső keringési magassága, egyben a legnagyobb ember által elért magasság az Apollo-program befejezése óta
690 km - A termoszféra és az exoszféra között valamint a belső Van Allen öv kezdete
1374 km - Az ember által elért legnagyobb magasságú Föld körüli pálya földtávolpontja (Gemini-11)
10 000 km - A belső Van Allen öv külső határa
19 000 km - A külső Van Allen öv kezdete
35 786 km - A geostacionárius pálya magassága