Wenn ein Raumschiff von der Erdoberfläche abhebt, verlässt es schließlich den Luftraum unseres Planeten und tritt in den Weltraum ein. Wo genau sich diese Grenze befindet, ist umstritten.
Viele Experten nennen die sogenannte Kármán-Linie als diesen Rand des Weltraums, der die Grenze als die Höhe festlegt, über der herkömmliche Flugzeuge nicht fliegen können. Diese Linie befindet sich oft etwa 62 Meilen über der Oberfläche unseres Planeten.
Diese Zahl hat viele praktische Verwendungen, aber ihre wissenschaftliche Genauigkeit wurde in Frage gestellt. Dem Raumrand einen genauen Wert zuzuweisen, ist alles andere als einfach.
„In der Wissenschaft existieren die Grenzen, die wir ziehen, nicht genau in der Natur“, sagt er Jonathan McDowell, Astrophysiker am Zentrum für Astrophysik | Harvard & Smithsonian. „Wo eine Grenze existiert, ändert sich eine bestimmte Menge sehr schnell über eine kurze Distanz … Und das gilt an diesem Rand der Atmosphäre. Aber was Sie Raum nennen und was Sie Erde nennen, ist eine menschliche Entscheidung, nicht uns von der Physik auferlegt.
Die Auswirkungen der Entscheidung, wo die Erde endet und der Weltraum beginnt, gehen darüber hinaus, ob Reisende ihre Astronautenflügel verdienen oder nicht. Der Flugverkehr wird im Allgemeinen auf nationaler Ebene geregelt, wobei die Länder den Luftraum über ihrem Hoheitsgebiet kontrollieren. Ein zu niedriger Flug zum Beispiel kann unbeabsichtigt einen internationalen Konflikt auslösen.
Aber „Weltraum ist von Natur aus global“, sagt McDowell. Für den Weltraum gelten verschiedene internationale Abkommen. Da immer mehr Länder Satelliten starten und private Raumfahrtunternehmen eine suborbitale Weltraumtourismusindustrie aufbauen, wird es immer wichtiger, den Unterschied zwischen dem Luftraum der Erde und dem Weltraum zu definieren.
Physik hinter der Kármán-Linie
Die Karman-Linie ist basiert auf der Physik, indem es beschreibt, wie die Eigenschaften der Erdatmosphäre in verschiedenen Höhen die Flugfähigkeit eines Fahrzeugs beeinflussen. Flugzeuge bleiben hauptsächlich aufgrund des Auftriebs, den ihre Flügel gegen die Dicke der Erdatmosphäre erzeugen, in der Luft. Aber mit zunehmender Höhe unserer Atmosphäre wird sie dünner. Ab einem bestimmten Punkt ist die Luft zu dünn für herkömmliche Flugzeuge, und alles über dieser Höhe erfordert ein Antriebssystem wie eine Rakete, um in der Luft zu bleiben. Diese Unterscheidung ist die Kármán-Linie.
Die Linie ist nach Theodore von Kármán benannt, einem Ingenieur und Physiker, der 1881 in Ungarn geboren wurde. Er wurde während des Zweiten Weltkriegs zu einem prominenten Raketenexperten und war Mitbegründer des US Jet Propulsion Laboratory. Ihm wird zugeschrieben, dass er als Erster die Höhe berechnet hat, oberhalb derer ein Fahrzeug ein Antriebssystem zum Fliegen verwenden müsste.
Von Kármán berechnete ursprünglich, dass die Grenze etwa 50 Meilen über dem Meeresspiegel lag, aber heute wird die Kármán-Linie normalerweise als eine Höhe von etwa 62 Meilen oder 100 Kilometern definiert. Tatsächlich verwendet die Fédération Aéronautique Internationale, die Normen und Aufzeichnungen in der Luft und im Weltraum führt, diese Zahl auch, um zu definieren, wo der Weltraum beginnt.
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Die Idee hinter dieser 100-Kilometer-Rundzahl, sagt McDowell, ist, dass die Grenze aufgrund der Variabilität der Atmosphäre nicht genau definiert werden kann.
Aber McDowell war sich dessen nicht so sicher. Also sah er die Geschichte und Berechnungen der Kármán-Linie in einem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Acta Raumfahrt im Jahr 2018. Er stellte fest, dass von Kármáns ursprüngliche Berechnung genauer war als bisher angenommen, und mit jahrzehntelanger Weiterentwicklung atmosphärischer Modelle ist die Variabilität wahrscheinlich nur wenige Kilometer von der ursprünglichen Berechnung von 52 Meilen entfernt.
Ist die Kármán-Linie die einzig mögliche Kante des Weltraums?
Einige Wissenschaftler haben andere Merkmale vorgeschlagen, um die Grenze zwischen Erde und Weltraum zu definieren, wie zum Beispiel die Region der Umlaufbahn unseres Planeten, in der ein Satellit beim Wiedereintritt auseinanderbricht, sagt McDowell. „Das stellt sich wiederum als in den 80ern bei 90 Kilometern heraus“, sagt er, was in Meilen in den 50ern liegt.
Viele US-Behörden, einschließlich der Federal Aviation Administration, verwenden im Allgemeinen auch 50 Meilen als Grenze. Die FAA und die Air Force gewähren tatsächlich Astronautenflügeln für diejenigen, die über einer Höhe von 50 Meilen fliegen. (Allerdings wird nicht jeder Passagier auf einem kommerziellen Flug seine Flügel verdienen, da die FAA 2021 Kriterien bezüglich hinzugefügt hat Beiträge eines Reisenden zu einer kommerziellen Weltraummission.)
Die Missionskontrolle der NASA verfolgt jedoch einen anderen Ansatz. Anstatt sich auf den aerodynamischen Auftrieb zu konzentrieren, definiert die Weltraumbehörde den Punkt des Wiedereintritts in den Luftraum der Erde aus dem Weltraum als ungefähr dort, wo der Luftwiderstand spürbar wird 76 Meilen.
Es gibt andere Grenzen, die einige für den Rand des Weltraums in Betracht ziehen könnten, schlägt McDowell vor. Eine davon ist die Armstrong-Grenze, benannt nach Harry G. Armstrong, einem frühen amerikanischen Luft- und Raumfahrtmediziner. Dies ist die Höhe, in der das Blut eines Menschen kocht, wenn er nicht durch einen Raumanzug vor niedrigem atmosphärischem Druck geschützt ist, etwa 11 bis 12 Meilen hoch.
„Sie können alle Arten von Spielen mit dem Benchmark spielen“, sagt McDowell.
Ein anderer ist eher ein Witz, sagt McDowell: die Ripley-Linie, die wo wäre Niemand konnte dich im Weltraum schreien hören. Eine “sehr grobe” Berechnung der Höhe dieser Grenze ergab einige hundert Kilometer, sagte er, “aber das könnte leicht völlig falsch sein”.
Wo ist der Rand des Weltraums auf anderen Planeten?
Diese Frage, wo ein Planet endet und der Weltraum beginnt, kann auf andere Welten extrapoliert werden, sagt McDowell. Eine Art Kármán-Linie könnte auf einer Welt wie dem Mars existieren, weil auch sie eine Atmosphäre hat (wenn auch dünner als die der Erde), schlägt er vor. Aber der Mond zum Beispiel hat keine Atmosphäre. Bedeutet das, dass er vollständig im Weltraum ist? Oder gibt es eine andere Art von Grenze, vielleicht Gravitation, die berücksichtigt werden sollte?
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„In der Zukunft, wenn wir, Sie wissen schon, Lunar City haben und Sie von Lunar City abheben und den Mond umkreisen, wann werden Sie von der lokalen Flugsicherung zur Weltraumverkehrskontrolle wechseln? er sagt. Oder: “Wann sollten Sie den Unterschied zwischen einem lokalen Flug oder einem lokalen Athleten, der hoch in die Mondgravitation springt, und etwas, das als Weltraumverkehr zählt, berücksichtigen?”
Während es praktische und logistische Gründe gibt, eine solche Grenze für Orte festzulegen, die derzeit Ziele für die bemannte Raumfahrt sind, gibt es laut McDowell einen weiteren Grund, klare Definitionen zu erstellen.
„Definitionen helfen uns zu verstehen, wie wir über die Objekte denken, die wir untersuchen“, sagt er. „Sie helfen uns dann, unsere Fragen anders zu formulieren. Diese Konzepte entwickeln sich weiter. Wenn wir eine Klasse von Dingen besser verstehen, müssen wir neue Fragen dazu stellen.