外层空间

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外层空间，亦称外太空、宇宙空间，简称空间、外空或太空（英语：outer space），指的是地球大氣層及其他天体之外的虛空区域。

与真空有所不同的是，外太空含有密度很低的物質，以等离子態的氫为主。其中還有电磁輻射、磁场等。理论上，外層空间可能還包含暗物質和暗能量。

外太空与地球大气层并沒有明确的界线，因为大氣隨著海拔增加而逐渐變薄。假設大氣層温度固定，大氣壓会由海平面的大约1013毫巴，隨著高度增加而呈指数化減少至零为止。

国际航空联合会定义在100公里的高度为卡门线，为现行大氣層和太空的界线定义。美国认定到达海拔80公里的人为太空人，在太空船重返地球的过程中，120公里是空氣阻力开始发生作用的界线。 [1]

環境

環境:太空的空氣稀薄，几乎真空，而且能清晰看见地面上所看不见的星星，因此，美国太空总署放置了哈伯望遠鏡用以觀察宇宙。

太空相对于軌道

若要執行一个軌道，太空船必須飞得比在次軌道飞行器更快。太空航具必須要有足夠的水平速度才能进入軌道，也就是重力加諸于太空航具的加速度必須小于或等于由水平运动产生的向心加速度（参见圓周运动）。因此进入軌道的太空航具不只是进入太空，還必須要有足夠的軌道速度（角速度）。对低地球軌道，這大约是7,900米/秒（28,440公里/小時）；相对之下，最快的飞機（不包括載人的太空航具）是美国空军的X-15在1967年創造的，它的速度只有2,200米/秒（7,920公里/小時）[2]。

康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基最早意識到，无论使用何种化学燃料，多级火箭都是必不可少的。能夠在地球的重力场中獲得自由，并且进入行星际空间的逃逸速度大约是28,800公里/小時（8公里/秒），进入低地球軌道的速度所需要的能量（32 MJ/kg）大约攀爬到相同高度所需要能量（10 kJ/(km·kg)）的20倍。

次軌道飞行和軌道飞行有著主要的不同，環繞地球的穩定軌道（也就是不受大氣阻力的影響），最低的高度是海拔350公里（220英里），一般常见的誤解是單纯的认为軌道只要在這个高度就是达到太空的边界。理论上說，在任何的高度都可以獲得需要的軌道速度，只是大氣拖曳排除了高度太低的軌道。只要有足夠的速度，飞機也可以进入軌道，但是在目前，這个速度数倍于目前的技术可以达到的合理速度。

另一个常见的誤解是軌道上的人在地球的引力之外，因为他们是「漂浮著」。他们会漂浮是因为他们是自由落体：他们伴隨著太空船一起加速落向地球，但同時他们也以夠快的速度离去直线的路徑，讓他们在地球的表面上保持恒定的距离。地球的引力遠遠超过范艾伦带，并且使月球保持在距离地球平均384,403公里（238,857英里）的軌道上。

分类

太空不是完美的真空：不同的区域由不同的大氣圈和“风”所定义，并且主导著那些区域，并且风会向外擴展超越原本定义的区域。地球空间從地球的大氣層向外擴展到地球的磁層，使它与太阳风的行星际空间有所区隔。行星际空间延伸到了太阳圈，這是太阳风和星际介質的风交会的地方。星际空间繼續延伸到银河系的边緣，然后逐渐隱沒至星系间的空洞。

地球空间

发现号在1991年5月的STS-39航次中觀察到的极光，当時的軌道高度为260公里。

地球空间是鄰近地球的外太空区域。地球空间地方包括大氣層上層的区域，像是电离層和磁層，范艾伦輻射带也在地球空间内。在地球的大氣層和月球之间的地区有時也称为「地月空间」。

雖然它滿足外太空的定义，但在卡门线之上数百公里空间内的大氣密度依然可以对衛星造成足夠的阻力。許多人造衛星都在這个称为低地球軌道的区域内运作，并且每隔几天就需要啟动它们的引擎来维持軌道。此处的阻力雖然很低，但在理论上仍足以超越太阳帆所受到的輻射壓力，而這是行星际旅行所建议的一种推进系统。

充塞在地球空间内的带电粒子密度非常低，他们的运动受到地球磁场的控制。這些由电漿形成的物質会受到太阳风暴的擾动，在太阳风的驅动下形成流向地球上層大氣層的电流。

当磁暴发生在地球空间的两个地区，輻射带和电离層，会造成强烈的擾动。這些风暴造成的高能电子流量增加，能夠对衛星上的电路造成永久性的損害。擾亂电信和GPS技术，并且即使在低地球軌道的太空人也会受到危害。它们也会在地球的磁极附近創造出极光。

地球空间還包含許多之前发射的載人或不載人太空船遺留下的殘骸，会对后續的太空船造成潛在的危害。有些碎片在經过一段時间后会重返地球的大氣層内。

缺乏空氣的地球空间（和月球表面）是天文学家觀察所有电磁頻谱的理想场所，由哈伯太空望遠鏡传送回来的精彩图片可见一斑，允許来自137億年前的光－几乎就是大爆炸的時期－被觀测到。

地球空间的上層边界是磁層和太阳风交界的介面，内側的边界是电离層[3]。或者說，地球空间是地球大氣層上層和地球磁场抵达的最外側之间的外太空[4]。

行星际空间

行星际空间是太阳系内围繞著太阳和行星的空间，這个区域由行星际介質主导，向外一直延伸到太阳圈，在那儿银河系的環境开始影響到伴隨著太阳磁场的粒子流量，并且超越太阳磁场成为主导。行星际空间由太阳风来定义，来自太阳連綿不绝的带电粒子創造了稀薄的大氣圈（称为太阳圈），深入太空中数十億英里。风中的質点密度为5-10 質子/cm3，并且以 350-400km/s的速度在移动[5]。太阳圈的距离和强度与太阳风活动的程度息息相关[6]。自1995年起发现系外行星的意义为其它的恒星也有能力擁有自己的行星际介質[7]。

行星际空间的体积内几乎是纯粹的真空，在地球軌道附近的平均自由半徑大约是1天文單位。但是，這个空间并非完全的真空，到处都充滿著稀疏的宇宙线，包括电离的原子核和各种的次原子粒子。這儿也有氣体、电漿和塵粒、小流星体和到目前为止已經被微波光谱儀发现的数十种不同有機分子[8]。

行星际空间包含太阳生成的磁场[5]，也有行星生成的磁场，像是木星、土星和地球自身的磁场。它们的形狀都受到太阳风的影響，而类似淚滴的形狀，有著长长的磁尾伸展在行星的后方。這些磁场可以捕獲来自太阳风和其它来源的粒子，創造出如同范艾伦带的磁性粒子带。沒有磁场的行星，像是火星和水星，但是金星除外，它们的大氣層都逐渐受到太阳风的侵蝕。

恒星际空间

星际空间是在星系内未被恒星或它们的行星系佔据的空间。星际介質－依照定义－存在于星际空间。

星系际空间

星系际空间是有物質的空间和星系之间的空间，星系际空间非常接近完全的真空，但通常仍会有自由的塵埃和碎片。在星系团之间，称为空洞的空间，則几乎是完全的真空。有些理论认为每立方米一顆氫原子的密度相当于宇宙的平均密度[9][10]。但是，宇宙的密度很顯然是不均勻的；他的密度從在星系内非常高（包括在星系内有著高密度的結构，像是行星、恒星、和黑洞等）到在广大的空洞内非常低，遠低于宇宙平均值的密度。

围繞和延伸在星系之间，有著稀薄的电漿[11]，它们被认为具有宇宙纖维狀結构[12]，這是比宇宙的平均密度略为密集的区域。這些物質被称为星系际介質（IGM），并且通常是被电离的氫；也就是包還等量的电子和質子的电漿。IGM的密度被认为是宇宙平均密度的10至100倍（每立方公尺擁有10至100顆氫原子）。在富星系团内的密度高达平均密度的1000倍。

星系际介質被认为主要是电离氣体的原因是以地球的标準来看，它的溫度被认为是相当高的（雖然有些地区以天文物理的标準来看只是溫暖）。当氣体由空洞进入星系际介質，它被加热至105K到 107K，這是足夠讓氫原子在碰撞時被撞出的电子成为自由电子，像這种溫度的星系际介質被称为溫热星系际介質（WHIM）。电脑的模擬顯示，在宇宙中约有一半的原子物質可能存在于這种溫热、稀薄的狀態。当氣体從溫热星系际介質的纖维狀結构进入星系团的宇宙斯狀結构的界面時，它的溫度会升得更高，溫度可以达到108K或更高。

相关内容

参考资料

  1. ↑ 阮意婷, 郭含羽, 张勝麟. 科学之旅期中報告, 探索太空, DOC. : 頁碼2 （中文）. 
  2. ↑ Linda Shiner. X-15 Walkaround. Air & Space Magazin. 2007-11-01 [2009-06-19]. 
  3. ↑ Report of the Living With a Star Geospace Mission Definition Team (PDF). NASA. September 2002 [2007-12-19]. 
  4. ↑ LWS Geospace Missions. NASA. [2007-12-19]. 
  5. ↑ 5.0 5.1 Papagiannis, Michael D. Space Physics and Space Astronomy. Taylor & Francis. 1972: 12–149. ISBN 0677040008. 
  6. ↑ Phillips, Tony. Cosmic Rays Hit Space Age High. NASA. 2009-09-29 [2009-10-20]. 
  7. ↑ Frisch, Priscilla C.; Müller, Hans R.; Zank, Gary P.; Lopate, C. Galactic environment of the Sun and stars: interstellar and interplanetary material. Mario Livio, I. Neill Reid, William B. Sparks (编). Astrophysics of life. Proceedings of the Space Telescope Science Institute Symposium. Space Telescope Science Institute symposium series, Volume 16. Baltimore, MD, USA: Cambridge University Press: 21–34. May 6–9, 2002. Bibcode:2005asli.symp...21F. ISBN 0-521-82490-7. 
  8. ↑ Flynn, G. J.; Keller, L. P.; Jacobsen, C.; Wirick, S. The Origin of Organic Matter in the Solar System: Evidence from the Interplanetary Dust Particles. R. Norris and F. Stootman (编). Bioastronomy 2002: Life Among the Stars, Proceedings of IAU Symposium #213. San Francisco: Astronomical Society of the Pacific. 2003. Bibcode:2004IAUS..213..275F. 
  9. ↑ Davidson, Keay & Smoot, George. Wrinkles in Time. New York: Avon, 2008: 158-163
  10. ↑ Silk, Joseph. Big Bang. New York: Freeman, 1977: 299.
  11. ↑ Jafelice, Luiz C. and Opher, Reuven. The origin of intergalactic magnetic fields due to extragalactic jets. Royal Astronomical Society. July 1992 [2009-06-19]. 
  12. ↑ James Wadsley; et al. The Universe in Hot Gas. NASA. 2002-08-20 [2009-06-19]. 

外部链接

地球在宇宙中的位置
地球 ⊆ 外层空间 ⊆ 月球軌道 ⊆ 地球轨道 ⊆ 內太陽系 ⊆ 外太陽系 ⊆ 柯伊伯带 ⊆ 太陽圈 ⊆ 離散盤 ⊆ 奥尔特云 ⊆ 太阳系 ⊆ 本地星際雲 ⊆ 本地泡 ⊆ 古爾德帶 ⊆ 獵戶臂 ⊆ 太阳系公转轨道 ⊆ 银河系 ⊆ 银河系次星系群 ⊆ 本星系群 ⊆ 本星系板 ⊆ 室女超星系团 ⊆ 拉尼亚凯亚超星系团 ⊆ 雙魚-鯨魚座超星系團複合體 ⊆ 可觀測宇宙 ⊆ 宇宙
每個“⊆”可以解讀成「包含於」。
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