Ranh giới giữa bầu khí quyển của trái đất và không gian vũ trụ bên ngoài có tên gọi là gì? Mời các em cùng THPT Ngô Thì Nhậm tìm hiểu câu trả lời đúng thông qua bài học hôm nay nhé.
Ranh giới giữa bầu khí quyển của trái đất và không gian vũ trụ bên ngoài có tên gọi là gì?
Ranh giới giữa bầu khí quyển của trái đất và không gian vũ trụ bên ngoài có tên gọi là Đường Karman
Đường Kármán (tiếng Anh: Kármán line) là một đường để xác định ranh giới giữa bầu khí quyển của Trái đất và vũ trụ. Đường Kármán là không gian có độ cao khoảng 100 kilômét (54 hải lý; 62 dặm; 330.000 foot) so với mực nước biển. Trong khi các chuyên gia không đồng ý về chính xác nơi bầu khí quyển kết thúc và không gian bắt đầu, hầu hết các cơ quan quản lý (bao gồm cả Liên Hợp Quốc) chấp nhận định nghĩa đường FAI Kármán hoặc một cái gì đó gần với nó. Theo định nghĩa của FAI, đường Kármán được thành lập vào những năm 1960. Các quốc gia và thực thể khác nhau xác định ranh giới của không gian một cách khác nhau cho các mục đích khác nhau.
Đường Kármán được đặt theo tên của Theodore von Kármán (1881-1963), một kỹ sư và nhà vật lý người Mỹ gốc Hungary, người hoạt động trong lĩnh vực hàng không và du hành vũ trụ. Năm 1957, ông là người đầu tiên cố gắng tìm ra giới hạn độ cao như vậy.
Lưu ý rằng bầu khí quyển vẫn tồn tại bên ngoài Karman line; trên thực tế những hạt nhỏ của tầng ngoài (lớp ngoài cùng nhất của khí quyển) có thể tìm thấy ở độ cao hơn 10.000 km trên bề mặt Trái đất! Trong bối cảnh đó, Trạm Không gian quốc tế (ISS), có quỹ đạo chỉ 330-435km trên Trái đất, thậm chí không tương xứng với tên gọi của nó.
Bầu khí quyển không đột ngột kết thúc ở một độ cao nhất định, mà trở nên mỏng hơn theo độ cao. Ngoài ra, tùy thuộc vào cách các lớp khác nhau tạo nên không gian xung quanh Trái đất được xác định (và tùy thuộc vào việc các lớp này có được coi là một phần của bầu khí quyển thực hay không), định nghĩa của rìa không gian khác nhau đáng kể. Nếu coi tầng nhiệt và tầng ngoài là một phần của khí quyển chứ không phải của không gian, chúng ta sẽ phải mở rộng khái niệm khí quyển lên đến khoảng 10.000 km so với mực nước biển. Do đó, đường Kármán là một định nghĩa tùy ý dựa trên những cân nhắc sau:
Máy bay chỉ có lực nâng nếu nó liên tục chuyển động trong không khí (tốc độ chuyển động trong không khí không phụ thuộc vào tốc độ so với mặt đất), do đó cánh tạo ra lực nâng. Không khí càng loãng, máy bay phải bay càng nhanh để tạo ra đủ lực nâng để không rơi; Hệ số nâng của cánh đối với một góc tấn nhất định đã được biết đến (hoặc được ước tính bằng nhiều phương pháp khác nhau). Một vật thể chỉ ở trên quỹ đạo nếu thành phần ly tâm của gia tốc của nó đủ để bù lại lực kéo “đi xuống” của trọng lực. Nếu tốc độ dịch chuyển theo phương ngang giảm, thành phần ly tâm của nó cũng giảm, và trọng lực sẽ làm cho độ cao của nó giảm.
Vận tốc cần thiết cho trạng thái cân bằng đó được gọi là vận tốc quỹ đạo và nó thay đổi theo độ cao của quỹ đạo. Đối với Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) hoặc tàu con thoi ở quỹ đạo Trái đất tầm thấp, tốc độ quỹ đạo khoảng 27.000 km/h (17.000 dặm/h). Đối với một máy bay đang cố gắng bay càng lúc càng cao, không khí trở nên ít đặc hơn, và điều đó buộc máy bay phải tăng tốc độ để tạo đủ lực nâng.
Đường Kármán là một khái niệm chủ yếu liên quan đến độ cao, và do đó, nhu cầu di chuyển ở một tốc độ nhất định để có được lực nâng khí động học hoặc trong mọi trường hợp, bù cho lực hấp dẫn. Trong thực tế, những cân nhắc này thay đổi khi bán kính quỹ đạo tăng lên, bởi vì bán kính càng lớn thì lực hấp dẫn càng ít và gia tốc ly tâm càng ít đối với cùng một tốc độ tuyến tính. Tuy nhiên, định nghĩa của đường Kármán bỏ qua hiệu ứng này do vận tốc quỹ đạo, vì vậy nó sẽ đủ để duy trì mọi độ cao, bất kể mật độ khí quyển. Do đó, đường Kármán là độ cao thấp nhất mà tại đó chỉ riêng vận tốc quỹ đạo có thể cung cấp đủ bù cho lực hấp dẫn, hoặc ngược lại, độ cao lớn nhất mà tại đó sự dịch chuyển của một vật thể khiến nó có được lực nâng của khí quyển nếu nó vượt quá tốc độ nhất định.
Không gian vũ trụ trông như thế nào?
Nhiều người sẽ có thể trả lời câu hỏi này rằng “Không gian bắt đầu nơi khí quyển kết thúc”. Mặc dù trả lời này không phải là sai nhưng nó không thực sự trả lời đúng câu hỏi vì nó sẽ dẫn đến một câu hỏi tất yếu tiếp theo (giả sử như một đứa trẻ thực sự tò mò đang túm tay áo bạn vặn vẹo): Khí quyển kết thúc ở đâu?
Lại nữa, đây là một câu hỏi không dễ trả lời. Bạn thấy đấy, bầu khí quyển bao phủ toàn bộ hành tinh của chúng ta không phải là một thực thể đơn lẻ; thay vào đó, nó là một tập hợp của một số khí và các hạt bụi. Lớp khí này tiếp tục mỏng dần khi bạn lên cao hơn (trên trời). Đây là lý do tại sao hầu hết các máy bay thương mại không thể bay vượt quá độ cao 28.000-35.000 feet (khoảng 8,5 -10,5km) so với mặt đất.
Dưới đây là hình ảnh minh hoạ để bạn dễ hình dung hơn:
Trông bầu khí quyển như thế này đây. Giờ bạn có thể chỉ chính xác độ cao nào mà bầu khí quyển kết thúc không? Có lẽ là không, bởi bạn có thể thấy bầu khí quyển là một bộ sưu tập của các lớp khí mỏng dần chứ không phải là một thực thể xác định rõ ràng, do đó nó không có ranh giới chính xác.
Chúng ta phải bay cao bao xa để chính thức ở trong “không gian”?
Mặc dù không có ranh giới xác định nơi nào không gian bắt đầu, nhưng nó có một giới hạn và nếu vượt qua nó, bạn có lẽ đã chính thức lọt vào trong không gian. Ranh giới này được gọi là “đường Karman” (Karman line), cũng thường được ví là “lề của không gian”.
Karman Line là một ranh giới tưởng tượng nằm cách Trái đất 100km và được công nhận rộng rãi là ranh giới giữa bầu khí quyển của Trái đất và không gian bên ngoài. Đường ranh giới này mang tên của nhà vật lý Hungary Theodore von Karman, người đầu tiên xác định ở khoảng độ cao này, bầu khí quyển trở nên quá mỏng để hỗ trợ các chuyến bay hàng không. Nói một cách đơn giản, có nghĩa ở độ cao này một máy bay không thể hoạt động sử dụng công nghệ máy bay thông thường để tạo ra lực nâng khí động học (mà thay vào đó đòi hỏi sẽ phải sử dụng tên lửa). Định nghĩa này được Liên đoàn hàng không quốc tế (FAI) chấp nhận. Đây là cơ quan quốc tế định ra các tiêu chuẩn hàng không và vũ trụ.
***************
Trên đây là nội dung giúp trả lời cho câu hỏi Ranh giới giữa bầu khí quyển của trái đất và không gian vũ trụ bên ngoài có tên gọi là gì?. Hy vọng sẽ giúp bạn đọc có thêm nhiều kiến thức bổ ích cho mình.
Đăng bởi: THPT Ngô Thì Nhậm
Chuyên mục: Tổng hợp
