الفضاء الخارجي

يس هناك حد معين يحدد بداية الفضاء الخارجي، ولكن بشكل عام فقد تم اعتماد خط كارمان الواقع على ارتفاع 100كم (62ميل) فوق مستوى سطح البحر كبداية للفضاء الخارجي وذلك من أجل تسجيل القياسات الجوية والمعاهدات والاتفاقيات المتعلقة بالفضاء. ولقد تم تأسيس الإطار العام لقانون الفضاء الدولي عن طريق اتفاقية الفضاء الخارجي والتي مررت عبر هيئة الأمم المتحدة عام 1967م. وهذه الاتفاقية تحظر على أي دولة الإدعاء بالسيادة على الفضاء، وتسمح لجميع الدول باستكشاف الفضاء بحرية. أما في عام 1979م فوضعت اتفاقية القمر التي جعلت أسطح الكواكب والمدارات الفضائية حولها تحت سلطة المجتمع الدولي. حيث تم إضافة بنود أخرى للاتفاقية تتعلق بالاستخدام السلمي للفضاء الخارجي بإعداد من الأمم المتحدة ومع ذلك لم تحظر نشر الأسلحة في الفضاء، والتي من ضمنها الاختبارات الحية للصواريخ المضادة للأقمار الصناعية.

بدأ البشر في إكتشاف الفضاء الفيزيائي خلال القرن العشرين من خلال رحلات المناطيد الإرتفاع، متبوعًا بإطلاق صواريخ فردية على مراحل متعددة. كان يوري قاقارين من الإتحاد السوفيتي أول من اكتشف مدار الأرض عام 1961م ومنذ ذلك الحين وصلت مركبات فضائية غير مأهولة إلى جميع الكواكب المعروفة في النظام الشمسي. وبسسب ارتفاع كلفة الوصول للفضاء، لم تتعدى الرحلات المأهوله حدود القمر. وفي عام 2012، أصبحت فوياجر 1 أول مركبة من صنع الإنسان تصل مجال البينجمي.

يستدعي الوصول إلى أدنى مدار حول الأرض لسرعة تصل إلى 28،100 كم/س (17.500 ميل في الساعة)، وهي أسرع بكثير من أي مركبة تقليدية. كما يشكل الفضاء الخارجي بيئة تحدي مناسبة لإكتشاف البشر بسبب مخاطر الفراغ المزدوج والإشعاع. ولانعدام الجاذبية تأثير ضار على وظائف الأعضاء البشرية مما يؤدي إلى ضمور العضلات وهشاشة العظام. ولقد اقتصرت رحلات الفضاء المأهولة على مدار الأرض المنخفض والقمر، وما جاور النظام الشمسي للرحلات غير المأهولة؛ وما تبقى من الفضاء الخارجي يظل متعذراً على البشر خوضهُ باستثناء استخدامات التليسكوب.

في سنة 350 قبل الميلاد، وضع الفيلسوف اليوناني أرسطو مقترح أن الطبيعة تمقت الفراغ، و أصبح هذا المبدأ يعرف باسم “رعب الفراغ” (باللاتينية: Horror vacu). بُنيَ هذا المفهوم على حجة علم الوجود في القرن الخامس قبل الميلاد من قِبل الفيلسوف اليوناني بارمنيدس، الذي نفى احتمال وجود فراغ في الطبيعة.^[3] وعلى أساس فكرة أن الفراغ لا يمكن أن يوجد، اعتقدوا في الغرب وعلى نطاق واسع لقرون عديدة أن الفضاء لا يمكن أن يكون فارغاً.^[4] وفي نهاية القرن السابع عشر، قال الفيلسوف الفرنسي رينيه ديكارت أن الفضاء ينبغي أن يكون مملوء بأكمله.^[5]

كانت هناك عدة مدارس للفكر في الصين قديماً اهتمت بطبيعة السماء حمل بعض منها فهماً شبيهاً للمفهوم الحديث، في القرن الثاني للميلاد ذكر الفلكي زانج هينج أن الفضاء غير متناهي وممتد وخلفه آلية معينة مع الشمس وحوله النجوم،و ذكر فيما تبقى من كتب مدرسة هسوان ييه أن السماء لا منتهية الاطراف، وأنها فارغة وخالية من المواد وبالمثل فإن الشمس والقمر وباقي المجموعات المشتركة معها من النجوم تطفو في فضاء من الفراغ والحركة لاتزال قائمة فيها.^[6]

يعتبر الفضاء الخارجي أقرب مثال طبيعي للفراغ المطلق (خالٍ من كل شيء حتى من الهواء)؛ حيث لا وجود للاحتكاك، مما يسمح للنجوم و الكواكب والأقمار بالدوران بحُرِّية في مداراتها. و لكن، حتى الفراغ العميق ما بين المجرات لا يخلو من المادة، حيث يحوي كل متر مكعب على بعض من ذرات الهيدروجين^[23]. للمقارنة، فكل متر مكعب من الهواء الذي نتنفسه يحوي على ما يقارب 1025 جزيء^[24]. الكثافة الضئيلة للمادة في الفضاء الخارجي تسمح للإشعاعات الكهرومغناطيسية بأن تقطع مسافات طويلة جدًا بدون أن تتشتت، و يقدّر متوسط المسار الحر للفوتون في الفضاء ما بين المجرات بـ 10²³كم أو 10 مليارات سنة ضوئية^[25]. و على الرغم من ذلك، فالانقراض، أي امتصاص و تشتت الفوتونات بواسطة الغبار و الغازات، يعتبر من أهم العوامل في علم الفلك الخاص بالمجرات و ما بين المجرات^[26].

تحتفظ النجوم و الكواكب و الأقمار بغلافها الجوي بواسطة القوة الجاذبية. لا توجد حدود واضحة و محددة للأغلفة الجوية و طبقاتها المختلفة؛ و تقل كثافة الغلاف الجوي تدريجيا كلما ابتعدنا و ارتفعنا عن سطح الجسيم (الكوكب، القمر، النجم) و تتلاشى حتى تنعدم تماما و تتساوى بالبيئة المحيطة بها^[27]. ينخفض ضغط الغلاف الجوي للكرة الأرضية حتى يصل إلى ما يقارب 3.2 × 10² باسكال على ارتفاع 100 كم (62 ميل) عن سطح الأرض^[28]، مقارنة بـ 100 كيلو باسكال بالنسبة لتعريف الاتحاد العالمي للكيمياء التطبيقية البحتة للضغط لجوي النموذجي. بالنسبة للارتفاعات التي تتجاوز هذا المستوى، يصبح ضغط الغاز ضئيلا غير ذا قيمة بالمقارنة مع الضغط الإشعاعي للشمس و الضغط الحركي للعواصف الشمسية. بالغلاف الحراري في هذا الحيز الكثير من التباين في كمية الضغط و الحرارة و التركيبة؛ و تتفاوت هذه القياسات بشكل كبير بسبب تغير الطقس في الفضاء الخارجي.^[29]

تُحدَّد درجة الحرارة على الأرض عبر النشاط الحركي للغلاف الجوي المحيط بها. و لكن لا يمكن قياس درجة الحرارة في الفراغ بهذه الطريقة. لذا يتم تحديد درجة الحرارة عن طريق قياس الإشعاع. إن الكون المرئي ممتلئ بالفوتونات التي تولدت من الانفجار العظيم و التي تعرف بـ “الخلفية الاشعاعية الميكروفية الكونية (ومن المحتمل أن يكون في المقابل عدد كبير من النيوترونات التي يطلق عليها “الخلفية النيوترينوية الكونية”). إن درجة حرارة الجسم الأسود للإشعاع الخلفي تساوي حاليا 3 كلفن (-270˚مئوية؛ -454˚فهرنهايت)^[30]. قد تحوي بعض مناطق الفضاء الخارجي جسيمات عالية النشاط ذات درجة حرارة أعلى من درجة حرارة الخلفية الاشعاعية الميكروفية الكونية، مثل هالة الشمس التي تتراوح درجة الحرارة فيها ما بين 1.2 و 2.6 مليون كلفن^[31].