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Jan. 03 2019

太空的邊緣究竟在哪裡呢? 嗯,這就要看你問誰囉!

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  • 太空的邊緣究竟在哪裡呢? 嗯,這就要看你問誰囉!

隨著愈來愈多的國家和商業公司相繼進入平流層(stratosphere),如何界定外太空的爭論也逐漸升溫。

從國際太空站(International Space Station)所拍攝的這張影像中,月亮似乎懸掛在地球大氣層與太空的黑暗之間。PHOTOGRAPHY BY REID WISEMAN, NASA

隨手抓個路人,問一問他,外太空在哪裡?可能每個人都會指向天空──「就在上頭啊!對吧?這太簡單了!」

其實,沒有人真正知道「空域」在哪邊結束,而「外太空」又從哪裡開始。這個問題可能聽起來不太重要,但因為各式各樣的原因,讓邊界的界定可能變得大有關係──其中一個就是人類究竟要飛得多高,才能算是「太空人」呢?

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由於目前維珍銀河公司(Virgin Galactic)正開始打算將付費旅客發射送上次軌道,很多人都想知道這些幸運的太空旅客是否會獲得「太空人」的稱號。根據美國的做法,截至目前為止,這些遊客的確算是太空人。

那會是個問題嗎?「不,我覺得這太棒了!」曾經協助哈伯太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)修復工作的美國航太總署(NASA)太空人麥克.馬西米諾(Mike Massimino)如此表示。

現在,就讓我們來看看究竟太空目前的定義、邊界劃分的混亂,以及未來可能帶來的影響。

太空究竟從哪裡開始,真的很重要嗎?

在國際條約中,「太空」是所有人都可以自由探索和利用的,但對每個國家上方的主權空域則不然。管理空域和外太空的法律並不相同,如果太空的定義是從80公里以上開始,那麼在中國上空90公里處飛行的衛星就沒有任何問題。但若是將太空的邊界定為100公里,那這顆衛星就會被視為軍事的侵略行為。

「一個國家的空域從哪裡結束,太空從哪裡開始?」哈佛-史密森尼天體物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)的喬納森.麥克道爾(Jonathan McDowell)問道,「當你同意了劃分太空的邊界時,也就表示你同意太空法開始適用的範圍。」

但是,美國和其他部分國家拒絕有個正式且國際通用的太空邊界,他們認為沒有這個必要,而且「在沒有正式定義的情況下,並沒有出現任何法律上或實際的問題」。有些人則認為,鑑於各個國家太空計畫的數量逐漸增加,以及私營太空飛行興盛讓次軌道交通日漸繁忙,有個明確的太空界限相當重要。

那麼,目前我們究竟如何定義「太空」呢?

從廣義上來說,大多數的專家認為太空是從軌道動力變得比空氣動力更重要的地方開始的,或是從只靠大氣層不足以支撐以次軌道速度飛行的載具之處開始。

↑↑↑↑↑101科學教室:地球

從歷史上看,很難將這一點固定在某個特定的高度。在20世紀,匈牙利的物理學家西奧多.馮.卡門(Theodore von Kármán)將這個邊界定在海平面以上約80公里的地方。但是到了今天,美國國家海洋暨大氣總署(NOAA)將卡門線(Kármán line)這條「假想邊界」的位置定在海平面上方約100公里處。

國際航空聯盟(FAI)這個組織負責追蹤太空航行與航空領域的標準和記錄,他們也將太空的邊界定義為海平面以上100公里處。畢竟,這是個很好記的整數。

但是美國聯邦航空總署(FAA)、美國空軍(U.S. Air Force)、美國國家海洋暨大氣總署和美國航太總署,通常以80公里作為邊界,美國空軍會給飛行高度超過此處的飛行員「太空人」的認證。同時,美國航太總署任務控制中心(NASA Mission Control)將這個邊界定在122公里處,因為這是「大氣阻力開始變得顯著之處」,科學技術政策研究所(Science and Technology Policy Institute)的巴夫婭.賴爾(Bhavya Lal)和艾蜜莉.南丁格爾(Emily Nightingale)在2014年的評論文章中如此寫道。

那為什麼會有人不同意呢?

「事實證明,這個問題其實非常泛政治化,」麥克道爾如此表示。

「太空」和「非太空」之間並沒有明顯的區別,部分原因是地球的大氣層不會忽然消失。相反地,地球大氣會在約966公里的範圍內,逐漸變得愈來愈稀薄。從技術上來說,如果我們將「太空」定義為沒有大氣層的地方,那麼平均高度為386公里的國際太空站,根本就不在太空之中。

此外,並沒有某個特定高度,能讓衛星在此之上保持穩定在軌,麥克道爾表示,這取決於衛星的類型和軌道。

麥克道爾正在收集彙編火箭、太空人和其他太空物體的記錄,這是項非常龐大的工作,因此他試圖尋找是否有國際公認的太空邊界,這能幫助他決定哪些記錄應該要納入他的列表之中。但他發現並沒有這樣的邊界存在時,他決定重新審視馮.卡門所做的計算,來決定太空的邊界。

他收集了公開的4萬3000顆衛星軌道路徑,並根據衛星退役和重返大氣層的軌道最低點(稱為近地點)進行分類。從這樣的分類中,他發現如果衛星的高度在100公里以下,仍可環繞地球數次;但如果衛星的高度掉落到80公里以下,大多時候就會迅速燃燒而結束生命。

在那之後,他重新進行了馮.卡門的數學計算,發現對繞行地球的太空船來說,大約在80公里以上的大氣影響可以忽略不計。

「但你也不會看到有衛星掉落到113公里的高度以下,之後卻又重新返回更高的軌道,」他說,「在衛星的近地點可以有多低,以及衛星沒辦法再重新返回更高軌道之處,這兩者之間有個明確的邊界,相當的明確。」

隨著次軌道太空飛行公司的載人飛行愈來愈接近太空邊緣,我們是否能在2019年正式定義太空呢?

麥克道爾認為這不太可能,雖然他相信隨著商業的太空飛行企業開始停留在80到322公里之間的時間更多,對話將會加快速度,因為此處同時也是太空站運行的軌道高度。

他表示:「我認為,隨著愈來愈多的太空活動進入這個領域,同意定義邊界的壓力也會更大。」

事實上,國際航空聯盟表示,由於最近「十分具有說服力」的分析表示,太空應該要從80公里左右開始,聯盟將在今年召開會議來評估這個想法。

付費進行次軌道太空飛行的乘客是否會被稱為「太空人」?

截至目前為止,如果這些太空旅客是從美國的發射基地開始他們的旅程,的確是這樣沒錯。美國聯邦航空總署和美國空軍都同意,在地球上方80公里以上飛行的人,都可以獲得「太空人」的頭銜。

美國航太總署的太空人對此有何看法?

有些人可能認為一定得要進入軌道,才能算是太空人。但是,已經在軌道上度過213天的國際太空站前指揮官泰瑞.維茨(Terry Virts)表示,「我認為艾倫.雪帕德(Alan Shepard)和古斯.葛利森(Gus Grissom)不會同意這個說法,他們是最早兩位沒有進入軌道的美國太空人。」

維茨表示,在次軌道飛行五分鐘和進行六個月的軌道飛行任務之間,有很大的差異存在。但是歸結起來,這兩種類型的乘客都會贏得「太空人」的稱號。

「既然你都要把屁股綁在火箭上了,我認為這很值得,」 維茨這麼說, 「當我還是一名F-16戰機飛行員時,我並沒有因駕駛塞斯納小型飛機(Cessna)的飛行員被稱為飛行員而感到嫉妒。我想每個人都會知道,你是付費成為五分鐘次軌道飛行的太空旅客,或是外太空飛船的指揮官,這是兩件截然不同的事情。」

馬西米諾同意,被選為美國航太總署的太空人──「所有的訓練、掙扎、退出,還有很多辛苦事」──和付費旅客兩者之間有很大的差別。但他也完全同意太空遊客能夠得到「太空人」頭銜的說法。

「我認為,如果你超過這條界線,那絕對有資格成為太空人,當然是這樣,」他說, 「愈多愈好!」

 

撰文:Nadia Drake

編譯:林宇威

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