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太空的边缘究竟在哪里?

从国际太空站(International Space Station)所拍摄的这张影像中,月亮似乎悬挂在地球大气层与太空的黑暗之间。 PHOTOGRAPHY B

从国际太空站(International Space Station)所拍摄的这张影像中,月亮似乎悬挂在地球大气层与太空的黑暗之间。 PHOTOGRAPHY BY REID WISEMAN, NASA

(神秘的地球uux.cn报道)据美国国家地理(撰文:Nadia Drake 编译:林宇威):太空的边缘究竟在哪里呢?嗯,这就要看你问谁啰!随着愈来愈多的国家和商业公司相继进入平流层(stratosphere),如何界定外太空的争论也逐渐升温。

随手抓个路人,问一问他,外层空间在哪里? 可能每个人都会指向天空──「就在上头啊!对吧? 这太简单了!」

其实,没有人真正知道「空域」在哪边结束,而「外层空间」又从哪里开始。 这个问题可能听起来不太重要,但因为各式各样的原因,让边界的界定可能变得大有关系──其中一个就是人类究竟要飞得多高,才能算是「航天员」呢?

由于目前维珍银河公司(Virgin Galactic)正开始打算将付费旅客发射送上次轨道,很多人都想知道这些幸运的太空旅客是否会获得「航天员」的称号。 根据美国的做法,截至目前为止,这些游客的确算是航天员。

那会是个问题吗?「不,我觉得这太棒了! 」曾经协助哈伯太空望远镜(Hubble Space Telescope)修复工作的美国航天总署(NASA)航天员麦克. 马西米诺(Mike Massimino)如此表示。

现在,就让我们来看看究竟太空目前的定义、边界划分的混乱,以及未来可能带来的影响。

太空究竟从哪里开始,真的很重要吗?

在国际条约中,「太空」是所有人都可以自由探索和利用的,但对每个国家上方的主权空域则不然。 管理空域和外层空间的法律并不相同,如果太空的定义是从80公里以上开始,那么在中国上空90公里处飞行的卫星就没有任何问题。 但若是将太空的边界定为100公里,那这颗卫星就会被视为军事的侵略行为。

「一个国家的空域从哪里结束,太空从哪里开始?」哈佛-史密森尼天体物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)的乔纳森. 麦克道尔(Jonathan McDowell)问道,「当你同意了划分太空的边界时,也就表示你同意太空法开始适用的范围。」

但是,美国和其他部分国家拒绝有个正式且国际通用的太空边界,他们认为没有这个必要,而且「在没有正式定义的情况下,并没有出现任何法律上或实际的问题」。有些人则认为,鉴于各个国家太空计划的数量逐渐增加,以及私营太空飞行兴盛让次轨道交通日渐繁忙,有个明确的太空界限相当重要。

那么,目前我们究竟如何定义「太空」呢?

从广义上来说,大多数的专家认为太空是从轨道动力变得比空气动力更重要的地方开始的,或是从只靠大气层不足以支撑以次轨道速度飞行的载具之处开始。

从历史上看,很难将这一点固定在某个特定的高度。 在20世纪,匈牙利的物理学家西奥多.冯卡门(Theodore von Kármán)将这个边界定在海平面以上约80公里的地方。 但是到了今天,美国国家海洋暨大气总署(NOAA)将卡门线(Kármán line)这条「假想边界」的位置定在海平面上方约100公里处。

国际航空联盟(FAI)这个组织负责追踪太空航行与航空领域的标准和记录,他们也将太空的边界定义为海平面以上100公里处。毕竟,这是个很好记的整数。

但是美国联邦航空总署(FAA)、美国空军(U.S. Air Force)、美国国家海洋暨大气总署和美国航天总署,通常以80公里作为边界,美国空军会给飞行高度超过此处的飞行员「航天员」的认证。 同时,美国航天总署任务控制中心(NASA Mission Control)将这个边界定在122公里处,因为这是「大气阻力开始变得显著之处」,科学技术政策研究所(Science and Technology Policy Institute)的巴夫娅.莱尔(Bhavya Lal)和埃米莉. 南丁格尔(Emily Nightingale)在2014年的评论文章中如此写道。

那为什么会有人不同意呢?

「事实证明,这个问题其实非常泛政治化,」麦克道尔如此表示。

「太空」和「非太空」之间并没有明显的区别,部分原因是地球的大气层不会忽然消失。 相反地,地球大气会在约966公里的范围内,逐渐变得愈来愈稀薄。 从技术上来说,如果我们将「太空」定义为没有大气层的地方,那么平均高度为386公里的国际太空站,根本就不在太空之中。

此外,并没有某个特定高度,能让卫星在此之上保持稳定在轨,麦克道尔表示,这取决于卫星的类型和轨道。

麦克道尔正在收集汇编火箭、航天员和其他太空物体的记录,这是项非常庞大的工作,因此他试图寻找是否有国际公认的太空边界,这能帮助他决定哪些记录应该要纳入他的列表之中。 但他发现并没有这样的边界存在时,他决定重新审视卡门所做的计算,来决定太空的边界。

他收集了公开的4万3000颗卫星轨道路径,并根据卫星退役和重返大气层的轨道最低点(称为近地点)进行分类。 从这样的分类中,他发现如果卫星的高度在100公里以下,仍可环绕地球数次;但如果卫星的高度掉落到80公里以下,大多时候就会迅速燃烧而结束生命。

在那之后,他重新进行了冯卡门的数学计算,发现对绕行地球的宇宙飞船来说,大约在80公里以上的大气影响可以忽略不计。

「但你也不会看到有卫星掉落到113公里的高度以下,之后却又重新返回更高的轨道,」他说,「在卫星的近地点可以有多低,以及卫星没办法再重新返回更高轨道之处,这两者之间有个明确的边界,相当的明确。」

随着次轨道太空飞行公司的载人飞行愈来愈接近太空边缘,我们是否能在2019年正式定义太空呢?

麦克道尔认为这不太可能,虽然他相信随着商业的太空飞行企业开始停留在80到322公里之间的时间更多,对话将会加快速度,因为此处同时也是太空站运行的轨道高度。

他表示:「我认为,随着愈来愈多的太空活动进入这个领域,同意定义边界的压力也会更大。 」

事实上,国际航空联盟表示,由于最近「十分具有说服力」的分析表示,太空应该要从80公里左右开始,联盟将在今年召开会议来评估这个想法。

付费进行次轨道太空飞行的乘客是否会被称为「航天员」?

截至目前为止,如果这些太空旅客是从美国的发射基地开始他们的旅程,的确是这样没错。 美国联邦航空总署和美国空军都同意,在地球上方80公里以上飞行的人,都可以获得「航天员」的头衔。

美国航天总署的航天员对此有何看法?

有些人可能认为一定得要进入轨道,才能算是航天员。 但是,已经在轨道上度过213天的国际太空站前指挥官泰瑞. 维茨(Terry Virts)表示,「我认为艾伦. 雪帕德(Alan Shepard)和古斯. 葛利森(Gus Grissom)不会同意这个说法,他们是最早两位没有进入轨道的美国航天员。 」

维茨表示,在次轨道飞行五分钟和进行六个月的轨道飞行任务之间,有很大的差异存在。 但是归结起来,这两种类型的乘客都会赢得「航天员」的称号。

「既然你都要把屁股绑在火箭上了,我认为这很值得,」 维茨这么说, 「当我还是一名F-16战机飞行员时,我并没有因驾驶塞斯纳小型飞机(Cessna)的飞行员被称为飞行员而感到嫉妒。 我想每个人都会知道,你是付费成为五分钟次轨道飞行的太空旅客,或是外层空间飞船的指挥官,这是两件截然不同的事情。」

马西米诺同意,被选为美国航天总署的航天员──「所有的训练、挣扎、退出,还有很多辛苦事」──和付费旅客两者之间有很大的差别。 但他也完全同意太空游客能够得到「航天员」头衔的说法。

「我认为,如果你超过这条界线,那绝对有资格成为航天员,当然是这样,」他说,「愈多愈好!」




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