أين ينتهي الغلاف الجوي للأرض بالفعل؟ وأين يبدأ الفضاء؟

يحمل متسلقو الجبال أسطوانات الأكسجين، ما يسمح لهم بالتنفس بحرية على ارتفاعات شاهقة تكون فيها نسبة الأوكسجين أقل منها مقارنة بالكميات الوفيرة الموجودة عند مستوى سطح البحر.

ويحدد العلماء النقطة التي تبدأ منها كل طبقة من طبقات الغلاف الجوي وأين تنتهي، من خلال أربع سمات رئيسية، وهي: تغير درجة الحرارة، والتركيب الكيميائي، والكثافة، وحركة الغازات داخلها.

ومع وضع هذه السمات بالاعتبار يطرح العلماء السؤال: أين ينتهي الغلاف الجوي للأرض بالفعل؟ وأين يبدأ الفضاء؟

 وفقا لوكالة ناسا تلعب كل طبقة من طبقات الغلاف الجوي دورا في ضمان قدرة كوكب الأرض على استضافة جميع أنماط الحياة، عبر توفير الشروط اللازمة لذلك بدءا من حجب الإشعاع الكوني المسبب للسرطان وحتى خلق الضغط المطلوب لإنتاج الماء.

قالت عالمة فيزياء الفضاء في جامعة ولاية أريزونا كاترينا بوسرت لموقع لايف ساينس: "كلما ابتعدت عن سطح الأرض، يصبح الغلاف الجوي أقل كثافة، ويتغير التركيب أيضا، وتبدأ الذرات والجزيئات الأخف في الهيمنة، بينما تظل الجزيئات الثقيلة أقرب إلى سطح الأرض".

وحدد العلماء المنطقة التي يصبح الهواء فيها رقيقا جدا بحيث لا تستطيع الطائرات التقليدية الطيران على الإطلاق، مع عدم قدرة هذه المركبة على توليد قوة رفع كافية، نهاية غلافنا الجوي وبداية الفضاء، ويُعرف باسم خط كارمان، الذي سمي على اسم تيودور فون كارمان، الفيزيائي الأمريكي المجري الذي أصبح، في عام 1957 أول شخص يحاول وضع الحدود بين الأرض والفضاء الخارجي.

قال بوسيرت: "خط كارمان هو منطقة تقريبية تشير إلى الارتفاع الذي ستتمكن الأقمار الصناعية فوقه من الدوران حول الأرض دون الاحتراق أو السقوط من المدار قبل الدوران حول الأرض مرة واحدة على الأقل".

وأضاف إيجل: "يتم تعريفها عادة على أنها 100 كيلومتر [62 ميلا] فوق الأرض، من الممكن لشيء ما أن يدور حول الأرض على ارتفاعات أقل من خط كارمان، لكن ذلك يتطلب سرعة مدارية عالية للغاية، والتي سيكون من الصعب الحفاظ عليها بسبب الاحتكاك، لكن لا شيء يمنع ذلك".

وأوضح إيجل: "هنا يكمن المعنى الذي يجب أن يكون لدى المرء لخط كارمان: إنه عتبة خيالية ولكنها عملية بين السفر الجوي والسفر عبر الفضاء".

ووفقا لبوسرت تلعب عوامل مختلفة، مثل حجم القمر الصناعي وشكله، دورا في تحديد مقدار مقاومة الهواء التي سيواجهها، وبالتالي قدرته على الدوران حول الأرض بنجاح.

وقال بوسيرت: "الغلاف الجوي لا يختفي بمجرد دخولك المنطقة التي تدور فيها الأقمار الصناعية، إنه على بعد آلاف وآلاف الكيلومترات قبل زوال الدليل على الغلاف الجوي للأرض، ويمكن أن تمتد الذرات الخارجية جدا من الغلاف الجوي للأرض، وذرات الهيدروجين التي تشكل الكرونة الأرضية "المنطقة الخارجية من الغلاف الجوي" إلى ما وراء القمر". 

وبحسب العلماء فإن خط كارمن هو ليس ماديا في حد ذاته ولذا لن يلاحظ المرء عبوره وليس له أي سمك.

قال إيجل: "من حيث المبدأ، لا يزال الطيران ممكنا حتى خط كارمان، ولكن من الناحية العملية، لا يمكن للحيوانات البقاء على قيد الحياة على ارتفاعات أعلى من" حد أرمسترونج "، وهو ما يقرب من 20 كيلومترا "12 ميلا" فوق السطح، حيث تكون الضغوط منخفضة جدا لدرجة أن السائل في الرئتين يغلي".