A világűr határa

Számtalan definíció létezik. Pontos értéket csak az önkényes definíciók adnak. A fizikai alapon nyugvó meghatározások bizonytalanok, mint maga a légkör.

A közelmúltban egyik rejtvényünk megfejtéseként került elő portálunkon a világűr határaként a Kármán-vonal fogalma. Most Jonathan C. McDowell (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) az Acta Astronautica folyóiratban a közeljövőben megjelenő, de az interneten már elérhető tanulmánya alapján még egyszer körüljárjuk a Kármán-vonal, illetve a légtér és a világűr elhatárolásának problémáját. A szerző történelmi, fizikai és technikai szempontokat figyelembe véve elemzi a kérdést, és a széles körben elfogadott (vagy legalábbis elterjedt), 100 km magasban húzódó Kármán-vonal helyett a 80 kilométeres magasságot javasolja a világűr és a légkör határaként. Cikke bevezetéseként kiemeli, hogy léteznek 80–90 km közötti perigeummagasságú műholdpályák, a Kármán-vonal eredeti definíciója szerint nem 100 km magasan húzódott, hanem 70–90 km között, továbbá, a szerző által javasolt definíció nem érzékeny a naptevékenységre és a légkör más változásaira.

Kezdetben a vita elsősorban jogi és politikai természetű volt, ennek köszönhetően a kérdés már 1966 óta szerepel az ENSZ Világűrbizottság (COPUOS) illetve elsősorban annak Jogi Albizottsága napirendjén – anélkül, hogy a kérdésben az elmúlt évtizedek alatt érdemi előrelépés történt volna. A Világűrbizottságban annak idején a Szovjetunió többször is felvetette a 100 vagy a 110 km-es határ megjelölését, de az Egyesült Államok a javaslatot mindannyiszor elutasította. Nem jobb a helyzet a fizikai alapokon nyugvó vita esetében sem. A cikk szerzője R. Goedhart 1996-os könyvére hivatkozik, amelyben Goedhart összesíti az addig felmerült javaslatokat, és megállapítja, hogy fizikailag indokolható határként 30 km és 1,5 millió km között a legkülönbözőbb értékek előfordulnak. Az 1951 és 1962 között felmerült javaslatok közül mindenesetre harminc a 20 km és 400 km közötti tartományba esik, de a többségük 75–100 km közé. Egyúttal már abban az időben is nyilvánvaló volt, hogy a légkör változékonysága miatt hiábavaló próbálkozás fizikai alapokon nyugvó definíciót adni az elhatárolás magasságára. McDowell most viszont éppen ezt az álláspontot vonja kétségbe jelen dolgozatában.

A szerző megemlíti a másfajta fizikai alapon nyugvó „funkcionalista” álláspontot, amely szerint az orbitális mozgás ténye jelenti az űrjog, illetve a légijog alkalmazásának elhatárolását. Kitér azokra a nézetekre is, amelyek szerint egyáltalán nincs szükség a légtér és a világűr elhatárolására. A szerző viszont határozottan állást foglal amellett, hogy több okból is szükséges az elhatárolás. 1. Azért, mert a világűrben (akárcsak a nyílt tengereken) nincsenek nemzeti határok. 2. Azért mert a világűrben az objektumok hosszú időn át emberi beavatkozás nélkül is pályájukon mozognak. 3. Az űrobjektumok nagy sebessége miatt kiterjedt, nehezen lokalizálható térrészt járnak be. 4. Az ütközések, becsapódások a nagy sebesség miatt különösen romboló potenciált jelentenek.

McDowell már 1994-ben javasolta, hogy a légtér és a világűr határaként a 80 km magasságot fogadják el. Ez összhangban lenne az USA Légierejének azzal a gyakorlatával, hogy az 50 (szárazföldi) mérföld, azaz kb. 80 km fölötti magasságot elérő pilótáit „űrhajós szárny” jelvény illeti meg, továbbá a fizikai alapot sem nélkülözi, mert 80 km a mezopauza jellemző magassága. A szerző ennek a korábbi definíciónak a pontosítására tesz javaslatot, de hangsúlyozza, hogy a „magasságot” mindig geocentrikus távolság értelemben használja, vagyis egy fiktív, gömb alakú Föld felszínétől mért távolságról beszél, ami a Föld pontos alakját és a topográfiai viszonyokat figyelembe véve 10 km-es nagyságrendű eltérést mutathat a fizikai földfelszíntől. Megállapítja, hogy korábbi javaslata ellenére az elmúlt évtizedekben a 100 km magasságúként meghatározott Kármán-vonal terjedt el a gyakorlatban, nem utolsósorban azért, mert az Ansari X-díj kiírása éppen ennek a magasságnak a túllépését szabta a díj elnyerése feltételéül.

A légkör hőmérsékleti profilja: a kb. 85 km magasban lévő mezopauza fölött az addig csökkenő hőmérséklet újra emelkedni kezd. (Forrás)

A légkörben fizikai alapon értelmezhető határok közül a szerző a mezopauzát javasolja a világűr határaként. A mezopauza a kb. 50 és 85–90 km közötti mezoszféra és a kb. 85–500 km közötti termoszféra közötti, 85–90 km közötti határréteg, ahol a hőmérséklet változásának gradiense előjelet vált, azaz a mezoszféra csökkenő és a termoszféra emelkedő hőmérséklete közötti hőmérsékleti minimum magassága. Egy másik, fizikailag ugyancsak értelmezhető határ a kb. 100–120 km magasságban elhelyezkedő turbopauza. Ezen határréteg alatt, az ún homoszférában (turboszférában) a levegőt alkotó gázok turbulens mozgás miatti keveredése tökéletes, vagyis a levegő kémiai összetétele állandó (a különböző molekulák hőmérséklete azonos). Feljebb az egyes összetevők (a gyenge keveredés miatt) egymástól függetlenül viselkednek. Azt azonban a szerző szükségesnek tartja hangsúlyozni, hogy mindkét említett réteg magassága akár 10 km-es ingadozásokat is mutathat a naptevékenységtől és a felsőlégkör dinamikájától függően. Ezek után a szerző felsorol néhány további, dinamikai alapon definiálható határvonalat.

McDowell ezután felsorol néhány technikai határt, úgymint a különböző eszközökkel (repülőgépekkel, ballonokkal) elérhető legnagyobb magasságokat, illetve a kör és ellipszis alakú műholdpályákon elérhető legalacsonyabb földfelszín fölötti magasságokat. A továbbiakban belemélyed a Kármán-vonal matematikai definíciójába, amely fejtegetés ismertetése messze túlnőne cikkünk keretein.

Elemzése összegzéseként megállapítja, hogy a tipikus műholdak ballisztikus tényezője esetében a tényleges Kármán-vonal (10 km pontossággal) a naptevékenység és a légkör állapotától függetlenül 80 km magasságba esik, vagyis a napjainkban népszerű 100 km-es határnál határozottabban alacsonyabban található. Ugyanakkor műholdak pályaadatai is megerősítik, hogy elnyúlt pályán keringő műholdak több keringést is végezhetnek, amikor perigeummagasságuk már csak 80–90 km körüli. Ugyanakkor javasolt definíciója összhangban van a Légierő űrkorszak kezdetén bevezetett gyakorlatával (50 szárazföldi mérföldes határ). Mindezek alapján a légtér és a világűr határaként a 80 km-es magasság elfogadását javasolja.

A szerző történelmi adatokkal támasztja alá, hogy egyes műholdak 100 km alatti perigeummagasságban is végezhetnek több Föld körüli keringést. Mind a hat műhold esetében a felső diagram az apogeum, az alsó a perigeum magasságát mutatja. A perigeumot mutató diagramon a két vízszintes vonal a 80, illetve 100 km-es magasságot mutatja. (Kép: Acta Astronautica / Jonathan McDowell)

Kapcsolódó cikkek:
MEGFEJTÉS: Többdimenziós talány
A „senki földje” repülő járművei

Kapcsolódó linkek:
The Edge of Space: Revisiting the Karman Line (Acta Astronautica)