Ruimte

in Wikipedia, die vrye ensiklopedie
Spring na: navigasie, soek
Die grens tussen die Aarde se oppervlak en die buitenste ruim by die Kármán-lyn op 100 km, en die eksosfeer op 690 km. (Nie volgens skaal.)

Die term ruimte of buitenste ruim word in sterrekunde gebruik om die "leë" ruimte tussen hemelliggame, ook die Aarde, te beskryf. Dit is nie werklik ’n leë ruimte nie, maar bestaan hoofsaaklik uit plasma van waterstof en helium, asook elektromagnetiese straling, magnetiese velde en neutrino's. Onlangs is ook bewys dit bevat donker materie en donker energie. Die gemiddelde temperatuur is net 2,7 K (kelvin); daarteenoor kan die korona van sterre ’n temperatuur van tot meer as ’n miljoen kelvin hê. Plasma met ’n uiters lae digtheid (minder as een waterstofatoom per kubieke meter) en hoë temperatuur (miljoene kelvin) in die ruimte tussen sterrestelsels beslaan die grootste deel van die gewone materie in die buitenste ruim; lokale konsentrasies het sterre en sterrestelsels gevorm. Die ruimte tussen sterrestelsels beslaan die grootste deel van die ruimte van die heelal, maar selfs sterrestelsels en stergroepe bestaan meestal uit ’n leë ruimte.

Daar is geen spesifieke grens waar die ruimte begin nie. Die Kármán-lyn, 100 km bo die seevlak, word egter tradisioneel as die begin van die ruimte beskou vir die doel van ruimteverdrae en lugruimrekords. Volgens die Verenigde Nasies se Ruimteverdrag van 1967 het geen land ’n aanspraak op die ruimte nie en kan almal dit vrylik verken. In 1979 het die Maanverdrag die oppervlak van voorwerpe soos planete, sowel as die ruimte om dié voorwerpe, verklaar tot die jurisdiksie van die internasionale gemeenskap.

Die mens het in die 20ste eeu begin met die fisieke verkenning van die ruimte – eers met hoë ballonvlugte en daarna danksy die ontdekking van een- en meerfase-vuurpylaandrywers. Joeri Gagarin van die Sowjetunie was in 1961 die eerste mens wat om die Aarde gewentel het en onbemande ruimtetuie het intussen al die bekende planete in die Sonnestelsel besoek. Die ruimte is ’n uitdagende omgewing vir die mens weens die gevare van vakuum en straling. Die klein swaartekrag het ’n nadelige uitwerking op die menslike liggaam; dit veroorsaak spier- en beenverlies. Bemande vlugte was tot nou beperk tot ’n lae wentelbaan om die Aarde en die maan, en onbemande vlugte tot die Sonnestelsel; die res van die ruimte kan net deur waarneming deur teleskope verken word.

Grense[wysig]

Daar is geen natuurlike grens tussen die Aarde se atmosfeer en die ruimte nie – hoe verder weg van die Aarde, hoe dunner word die atmosfeer. Daar is egter ’n paar kunsmatige grense vasgestel:

  • Die Fédération Aéronautique Internationale het die Kármán-lyn op 100 km van die Aarde af bepaal as die grens tussen lugvaart en ruimtevaart. Theodore von Kármán het bereken dat ’n voertuig vinniger as die wentelbaanspoed van die Aarde sal moet beweeg om voldoende aërodinamiese krag te hê om homself te onderhou.[1]
  • Die VSA beskryf mense wat hoër as 80 km vlieg, as ruimtevaarders.[2]
  • Nasa se sendingbeheer gebruik 122 km as die hoogte waarop ruimtetuie weer die atmosfeer binnekom. Dit is die grens waar atmosferiese weerstand merkbaar raak.[3]

Omgewing[wysig]

Dié deel van die Hubble-ultradiepveld wys ’n tipiese streek van die ruimte met sterrestelsels omring deur ’n vakuum.

Die buitenste ruim is die naaste natuurlike benadering van ’n perfekte vakuum. Dit het geen wrywing nie en sterre, planete en mane kan vrylik met hul wentelbane langs beweeg. Selfs die vakuum van intergalaktiese ruimte is egter nie heeltemal sonder materie nie, want dit bevat ’n paar waterstofatome per kubieke meter.[4] In vergelyking daarmee bevat die lug wat ons inasem sowat 1025 molekules per kubieke meter.[5] Die dun verspreiding van materie in die buitenste ruim beteken dat elektromagnetiese straling groot afstande kan aflê sonder om versprei te word. Daar vind egter wel ’n verspreiding van fotone plaas deur stof en gas, en dit is ’n belangrike faktor in galaktiese en intergalaktiese sterrekunde.[6]

Sterre, planete en mane behou hul atmosfeer danksy swaartekragaantrekking. Atmosfere het geen spesifieke grense nie: hoe verder van die hemelliggaam af, hoe kleiner word die digtheid van atmosferiese gas totdat dit nie van die omringende omgewing onderskei kan word nie.[7] Die Aarde se atmosferiese druk neem af tot sowat 3,2 × 10−2 Pa by ’n hoogte van 100 km,[8] in vergelyking met 100 kPA van standaarddruk. Daarna raak die isotropiese gasdruk onbeduidend wanneer dit vergelyk word met stralingsdruk van die Son en die dinamiese druk van die sonwind. Die termosfeer in dié streek se druk, temperatuur en samestelling wissel en hang grootliks af van die weer in dié streek.[9]

Op Aarde word die temperatuur gemeet in terme van die kinetiese aktiwiteit van die omliggende atmosfeer. Die temperatuur in die ruimte kan egter nie op dié manier gemeet word nie. Dit word eerder bepaal deur die meting van die straling. Die hele sigbare heelal is gevul met fotone wat tydens die Groot Knal geskep is en is bekend as die kosmiese mikrogolf-agtergrondstraling (KMA). Die huidige swartstraler-temperatuur van die agtergrondstraling is sowat 3 K (-270 ºC).[10] Sekere streke in die ruimte kan hoogs energieke deeltjies bevat wat ’n veel hoër temperatuur het as die KMA, soos die korona van die Son, waar temperature met 1,2 miljoen tot 2,6 miljoen K kan wissel.[11]

Buite die beskermende atmosfeer en magnetiese veld is daar min hindernisse vir die beweging van energieke subatomiese deeltjies in die ruimte bekend as kosmiese strale. Hulle het energie van sowat 106 eV tot ’n uiterste 1020 eV.[12] Kosmiese strale kan elektroniese komponente beskadig en hou ’n bedreiging in vir ruimtevaarders.

Streke[wysig]

Die ruimte is ’n gedeeltelike vakuum. Die verskillende streke word bepaal deur die onderskeie atmosfere en "winde" wat in hulle heers. Die Aarde se ruimte strek van die atmosfeer tot by die buitenste reik van die Aarde se magnetiese veld, waar dit plek maak vir die sonwind van die interplanetêre ruimte. Laasgenoemde strek tot by die heliopouse, waar die sonwind plek maak vir die winde van die interstellêre medium. Dié strek tot aan die uithoeke van die Melkweg, waar dit wegraak in die intergalaktiese ruimte.

Aardruimte[wysig]

’n Voorstelling van die Aarde se magnetopouse, waar die druk van die sonwind en die planeet se magneetveld ewe sterk is. Die Son lê ver na links.

Die aardruimte is die streek om die Aarde. Dit sluit die boonste deel van die atmosfeer en die magnetosfeer in.[13] Die Van Allen-stralingsgordel lê binne dié ruimte. Die buitenste grens van die aardruimte is die magnetopouse, wat ’n koppelvlak vorm tussen die planeet se magnetosfeer en die sonwind. Die binneste grens is die ionosfeer.[14]

Die volume van die aardruimte word aan die Son se kant deur die druk van die sonwind saamgepers en daarom strek dit daar tot sowat 10 aardradiusse van die middel van die planeet af. Die stert aan die ander kant kan egter tot meer as 100–200 aardradiusse ver strek.[15] Die maan beweeg vir sowat vier dae per maand deur die stert en is in dié tyd beskut teen die sonwind.[16]

In die aardruimte is elektries gelaaide deeltjies teen baie lae digthede. Hul beweging word deur die Aarde se magnetiese veld beheer. Hierdie plasmas vorm ’n medium van waar stormagtige versteurings, aangedryf deur die sonwind, elektriese strome tot in die Aarde se boonste atmosfeer kan dryf. Tydens dié storms kan die stralingsgordels en die ionosfeer erg versteur raak. Die storms laat strome van energieke elektrone toeneem en hulle kan satellietelektronika permanent beskadig en ’n gevaar inhou vir ruimtevaarders, selfs in ’n lae aardwentelbaan. Hulle skep ook auroras naby die Aarde se megnetiese pole.[17]

Hoewel dit voldoen aan die kriteria vir die buitenste ruim, is die atmosferiese digtheid binne die eerste paar honderd kilometer bo die Kármán-lyn steeds genoeg vir die vorming van aansienlike lugweerstand op satelliete.[18] Dié streek bevat oorblyfsels van vorige bemande en onbemande vlugte wat gevaarlik vir ruimtetuie kan wees. Van dié afval dring soms die Aarde se atmosfeer binne.[19]

Interplanetêr[wysig]

Die plasma (blou) en stof (wit) in die stert van die komeet Hale–Bopp word gevorm deur druk van sonstraling en die sonwind onderskeidelik.

Die interplanetêre ruimte, die ruimte om die Son en planete van die Sonnestelsel, word oorheers deur die interplanetêre medium, wat strek tot by die heliopouse, waar die invloed van die galaktiese omgewing die magnetiese veld en vloei van deeltjies vanaf die Son begin oorheers. Die interplanetêre ruimte word afgebaken deur die sonwind, ’n aaneenlopende vloei van gelaaide deeltjies vanaf die Son wat ’n yl atmosfeer (heliosfeer) skep vir miljarde kilometers die ruimte in. Die afstand en sterkte van die heliosfeer hang af van die aktiwiteitsvlak van die sonwind.[20]

Die volume van interplanetêre ruimte is byna ’n algehele vakuum, tog bevat dit kosmiese strale, wat geïoniseerde atoomkerns en verskeie subatomiese deeltjies bevat. Daar is ook gas, plasma en stof, klein meteore en tientalle soorte organiese molekules.[21]

Interstellêr[wysig]

Die interstellêre ruimte is die fisieke ruimte binne ’n sterrestelsel wat nie deur sterre of planete beslaan word nie. Binne dié ruimte is die interstellêre medium. Die gemiddelde digtheid van die materie in dié streek is sowat 106 deeltjies per m3, maar dit wissel baie. Byna 70% van die massa bestaan uit waterstofatome. Die res is heliumatome en spore van swaarder elemente wat deur sterre gevorm word. Hierdie atome kan deur sterwinde in die interstellêre medium ingedryf word, of wanneer ou sterre hul buitenste lae begin verloor in die vorm van byvoorbeeld ’n planetêre newel. Die ontploffing van ’n supernova sal ’n skokgolf van materie veroorsaak, sowel as kosmiese strale.

Die lokale interstellêre medium is ’n streek in die ruimte binne 100 parsek van die Son af. Dit is interessant vanweë beide die nabyheid daarvan en die interaksie met die Sonnestelsel. Dit stem byna ooreen met die Lokale Borrel, ’n streek wat gekenmerk word deur ’n gebrek aan digte, koue wolke. Dit vorm ’n holte in die Orion-Cygnus-arm van die Melkweg met digte molekulêre wolke daaromheen, soos dié in die sterrebeelde Slangdraer en Bul. Dit bevat sowat 104–105 sterre en die lokale interstellêre gas vorm ’n teenwig vir die astrosfere wat die sterre omring. Die Lokale Borrel bevat dosyne warm interstellêre wolke met temperature van tot 7 000 K en radiusse van 0,5–5 parsek.[22]

Intergalakties[wysig]

Die intergalaktiese ruimte is die fisieke ruimte tussen sterrestelsels. Volgens huidige ramings is die gemiddelde energiedigtheid van die heelal sowat 5,9 protone per kubieke meter, insluitende donker energie, donker materie en atome. Die digtheid van die heelal is egter nie eenvormig nie – dit wissel van hoë digthede in sterrestelsels en veral strukture binne die stelsels soos planete, sterre en swartkolke, tot groot ruimtes van baie lae dightheid, ten minste wat sigbare materie betref.[23]

Om en tussen sterrestelsels is daar ’n plasma[24] wat die intergalaktiese medium genoem word. Die digtheid daarvan is 5-200 keer die gemiddelde digtheid van die heelal. Dit bestaan meestal uit geïoniseerde waterstof.

Verkenning[wysig]

Joeri Gagarin, die eerste mens in die ruimte.

Vir die grootste deel van die mens se geskiedenis is die ruimte verken deur middel van waarneming van die Aarde af – eers met die blote oog en daarna die teleskoop. Voor die ontdekking van vuurpyltegnologie was die naaste wat die mens aan die ruimte gekom het, met ballonvlugte. In 1935 het die bemande Amerikaanse Explorer II-ballonvlug ’n hoogte van 22 km bereik.[25] Dit is in 1942 oortref toe die derde lansering van die Duitse A-4-vuurpyl ’n hoogte van 80 km bereik het.

In 1957 is die onbemande satelliet Spoetnik 1 deur die Sowjetunie se R-7-vuurpyl in ’n wentelbaan om die Aarde geplaas op ’n afstand van 215-939 km. [26] Dit is gevolg deur die eerste bemande vlug in 1961, toe Joeri Gagarin in die Wostok 1 in ’n wentelbaan geplaas is. Die eerste mense wat verder as ’n wentelbaan om die Aarde gereis het, was Frank Borman, Jim Lovell en William Anders in 1968 aan boord van Apollo 8. Dit was in ’n wentelbaan om die maan[27] en het ’n maksimum afstand van 377 349 km van die Aarde af bereik.[28]

Die eerste ruimtetuig buite die swaartekragveld van die Aarde was die Sowjet-tuig Loena 1, wat in 1959 verby die maan gevlieg het.[29] In 1961 het Wenera 1 die eerste planetêre ondersoektuig geword. Dit het die teenwoordigheid van die sonwind onthul en het die eerste verbyvlug van die planeet Venus gedoen, maar kontak is daarmee verloor voordat dit Venus bereik het. Die eerste suksesvolle planetêre sending was die Mariner 2-verbyvlug van Venus in 1962.[30] Die eerste tuig wat ’n verbyvlug van Mars gedoen het, was Mariner 4, wat die planeet in 1964 bereik het.

Sedertdien het onbemande tuie elke planeet en hul mane in die Sonnestelsel ondersoek, asook baie kleinplanete en komete. Hulle bly ’n baie belangrike instrument vir die verkenning van die ruimte, sowel as waarneming van die Aarde.[31]

Verwysings[wysig]

  1. O'Leary 2009, p. 84.
  2. Wong & Fergusson 2010, p. 16.
  3. Petty, John Ira (February 13, 2003), "Entry", Human Spaceflight (Nasa), http://spaceflight.nasa.gov/shuttle/reference/shutref/events/entry/, besoek op 2011-12-16. 
  4. Tadokoro, M. (1968), "A Study of the Local Group by Use of the Virial Theorem", Publications of the Astronomical Society of Japan 20: 230, Bibcode1968PASJ...20..230T 
  5. Borowitz & Beiser 1971.
  6. Fitzpatrick, E. L. (Mei 2004), "Interstellar Extinction in the Milky Way Galaxy", in Witt, Adolf N.; Clayton, Geoffrey C.; Draine, Bruce T., Astrophysics of Dust, ASP Conference Series, 309, p. 33, Bibcode2004ASPC..309...33F. 
  7. Chamberlain 1978, p. 2.
  8. Squire, Tom (27 September 2000), "U.S. Standard Atmosphere, 1976", Thermal Protection Systems Expert and Material Properties Database (Nasa), http://tpsx.arc.nasa.gov/cgi-perl/alt.pl, besoek op 2011-10-23. 
  9. Forbes, Jeffrey M. (2007), "Dynamics of the thermosphere", Journal of the Meteorological Society of Japan, Series II 85B: 193–213, http://www.athena-spu.gr/ftp/lfsc/Literature/Forbes_2007_DynamicsOfTheThermosphere.pdf, besoek op 2012-03-25. 
  10. Fixsen, D. J. (Desember 2009), "The Temperature of the Cosmic Microwave Background", The Astrophysical Journal 707 (2): 916–920, doi:10.1088/0004-637X/707/2/916, Bibcode2009ApJ...707..916F. 
  11. Withbroe, George L. (Februarie 1988), "The temperature structure, mass, and energy flow in the corona and inner solar wind", Astrophysical Journal, Deel 1 325: 442–467, doi:10.1086/166015, Bibcode1988ApJ...325..442W. 
  12. Letessier-Selvon, Antoine; Stanev, Todor (Julie 2011), "Ultrahigh energy cosmic rays", Reviews of Modern Physics 83 (3): 907–942, doi:10.1103/RevModPhys.83.907, Bibcode2011RvMP...83..907L. 
  13. Schrijver & Siscoe 2010, p. 363.
  14. Kintner, Paul; GMDT Committee and Staff (September 2002) (PDF), Report of the Living With a Star Geospace Mission Definition Team, NASA, http://ilwsonline.org/lwsgeospace_cospar.pdf, besoek op 2012-04-15. 
  15. Koskinen 2010, pp. 32, 42.
  16. Mendillo 2000, p. 275.
  17. "Geomagnetic Storms", OECD/IFP Futures Project on "Future Global Shocks" (CENTRA Technology, Inc.): pp. 1–69, 14 Januarie 2011, http://www.oecd.org/dataoecd/57/25/46891645.pdf, besoek op 2012-04-07. 
  18. Kennewell, John; McDonald, Andrew (2011), Satellite Lifetimes and Solar Activity, Commonwealth of Australia Bureau of Weather, Space Weather Branch, http://www.ips.gov.au/Educational/1/3/8, besoek op 2011-12-31. 
  19. Portree, David; Loftus, Joseph (1999), Orbital Debris: A Chronology, Nasa, p. 13, http://ston.jsc.nasa.gov/collections/TRS/_techrep/TP-1999-208856.pdf, besoek op 2012-05-05. 
  20. Phillips, Tony (2009-09-29), Cosmic Rays Hit Space Age High, Nasa, http://science.nasa.gov/headlines/y2009/29sep_cosmicrays.htm, besoek op 2009-10-20. 
  21. Flynn, G. J. et al. (2003), "The Origin of Organic Matter in the Solar System: Evidence from the Interplanetary Dust Particles", in Norris, R.; Stootman, F., Bioastronomy 2002: Life Among the Stars, Proceedings of IAU Symposium #213, San Francisco: Astronomical Society of the Pacific, Bibcode2004IAUS..213..275F. 
  22. Redfield, S. (September 2006), "The Local Interstellar Medium", New Horizons in Astronomy; Konferensie op 16–18 Oktober 2005 by die Universiteit van Texas, Austin, VSA, Frank N. Bash Symposium ASP Conference Series, 352, p. 79, Bibcode2006ASPC..352...79R. 
  23. Krumm, N.; Brosch, N. (Oktober 1984), "Neutral hydrogen in cosmic voids", Astronomical Journal 89: 1461–1463, doi:10.1086/113647, Bibcode1984AJ.....89.1461K. 
  24. Jafelice, Luiz C.; Opher, Reuven (July 1992), "The origin of intergalactic magnetic fields due to extragalactic jets", Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (Royal Astronomical Society) 257 (1): 135–151, Bibcode1992MNRAS.257..135J. 
  25. Pfotzer, G. (Junie 1972), "History of the Use of Balloons in Scientific Experiments", Space Science Reviews 13 (2): 199–242, doi:10.1007/BF00175313, Bibcode1972SSRv...13..199P. 
  26. O'Leary 2009, pp. 209–224.
  27. Harrison 2002, pp. 60–63.
  28. Orloff 2001.
  29. Hardesty, Eisman & Krushchev 2008, pp. 89–90.
  30. Collins 2007, p. 86.
  31. Harris 2008, pp. 7, 68–69.