Olet varmaan joskus pohtinut kysymystä mihin ilmakehä
päättyy ja avaruus alkaa. Todellisuudessa ne eivät ole aivan sama asia, sillä
ilmakehän tiedetään jatkuvan aina vain ohuempana kauas avaruuteen,
revontuliakin on havaittu lähes tuhannen kilometrin korkeudella.
Ilmakehän ohenee ylöspäin noustessa, mutta mihin se päättyy? Kuva NASA Earth Observatory. |
FAI
Internationale (engl. World Air Sports Federation) on määritellyt
avaruuden alarajaksi 100 km (330 000 jalkaa) merenpinnasta perustuen fyysikko
Theodore von Kàrmàn’in (1881–1963) tutkimukseen. Hänen mukaansa lentokoneen
tulisi lentää ratanopeutta suuremmalla nopeudella, jotta se voisi kehittää
siivillänsä tarvittavan aerodynaamisen nostovoiman. Kàmànnin mukaan tämä vastaa
noin 52 mailin [1] lentokorkeutta. FAI on ottanut asian varman päälle ja
käyttää määritelmässään 62 mailin korkeutta, sillä tarkka raja vaihtelee
ilmakehän laajenemisen ja supistumisen myötä mm. Auringon aktiivisuussyklin
mukaan.
Koska avaruuden rajalla ei ole mitään kansainvälistä
sopimusta, muut organisaatiot voivat käyttää omia määritelmiään. Esimerkiksi NASA
pitää avaruuden rajana 50 mailia, noin 80 km, ja myöntää tämän rajan
ylittäneille ”Ulkoavaruuden rintamerkin”.
SOHO-luotaimen SWAN-instrumentti mittasi maapallon geokoronan Lagrangen pisteen L1 halo-radalta. Kuva ESA. |
Avaruuden raja on siis suhteellisen lähellä maapallon pintaa
ja ilmakehä jatkuu siis paljon kauemmaksi. Yksi raja on noin 200 000 km
korkeudella, jolloin aurinkotuulen aiheuttama paine tulee suuremmaksi kuin
maapallon gravitaatiovoima. Mutta tämäkään korkeus ei vielä taida olla
ilmakehän ulkoraja! Euroopan avaruusjärjestön SOHO-luotaimessa oleva
SWAN-laitteisto havaitsee vetykaasun aiheuttamaa Lyman alfa -sätelyä Auringosta
poispäin. SWAN-laitteistolla on havaittu lukuisia komeettoja mutta myös
maapallon ympärillä olevaa vetyä. Se muodostaa maapallolle aurinkotuulen
paineesta johtuvan komeettamaisen pyrstön. Tätä kaasupilveä kutsutaan
geokoronaksi.
Apollo 16 astronautit saivat kuvaan tallennettua maapallon geokoronan. Kuva NASA. |
Geokoronan tiheys maapallon päiväpuolella eksosfäärissä (690
km korkeudella) on aurinkotuulen kompressiovaikutuksesta johtuen noin 70 atomia
kuutiosenttimetrissä [2]. Kuun radan etäisyydellä (384 400 km)
hiukkastiheys on jo pudonnut 0,2 atomiytimeen kuutiosenttimetrissä, mutta se ei
vieläkään ole kaasun raja. SWAN-laitteisto on havainnut geokoronan ulottuvan
noin 630 000 km etäisyydell3 maapallosta, eli yli 1,5× Kuun etäisyydelle. Olisiko
tämä ilmakehän yläraja, kenties!
Huomautukset
[1] Kàrmàn ei ottanut laskelmissaan huomioon Keplerin
voimana tunnettua keskipakoisvoimaa, joka tulee sitä merkittävämmäksi tekijäksi
mitä ylempänä ja nopeammin lennetään. Ratanopeudella Keplerin voima on yhtä
suuri kuin lentolaitteen massa (ja siivet olisivat tarpeetonta massaa). Ottamalla
Keplerin voima huomioon, lentokorkeus voisi olla 57 mailia.
[2] Eksosfäärin tiheys vaihtelee huomattavasti, jopa
kertoimella 5 johtuen Auringon säteilyvoimakkuudesta, lähiavaruuden
avaruussäästä ja vuoden ajasta.