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Espacio exterior

Al estar prácticamente vacío, el espacio exterior permite observar las galaxias más antiguas (las más rojas) sin obstáculos, como en la primera imagen de campo profundo del tele...

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Al estar prácticamente vacío, el espacio exterior permite observar las galaxias más antiguas (las más rojas) sin obstáculos, como en la primera imagen de campo profundo del telescopio Webb .

El espacio exterior , o simplemente espacio , es la extensión que existe más allá de la atmósfera terrestre y entre los cuerpos celestes . [ 1 ] Contiene niveles ultrabajos de densidad de partículas , constituyendo un vacío casi perfecto [ 2 ] de plasma predominantemente de hidrógeno y helio , permeado por radiación electromagnética , rayos cósmicos , neutrinos , campos magnéticos y polvo . La temperatura base del espacio exterior, determinada por la radiación de fondo del Big Bang , es de 2,7 kelvin (−270 °C; −455 °F) . [ 3 ]  

Se cree que el plasma entre galaxias representa aproximadamente la mitad de la materia bariónica (ordinaria) del universo, con una densidad numérica de menos de un átomo de hidrógeno por metro cúbico y una temperatura cinética de millones de kelvin . [ 4 ] Las concentraciones locales de materia se han condensado en estrellas y galaxias . El espacio intergaláctico ocupa la mayor parte del volumen del universo , pero incluso las galaxias y los sistemas estelares consisten casi en su totalidad en espacio vacío. La mayor parte de la masa-energía restante en el universo observable está compuesta de una forma desconocida, denominada materia oscura y energía oscura . [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

El espacio ultraterrestre no comienza a una altitud definida sobre la superficie terrestre. La línea de Kármán , una altitud de 100 km (62 millas) sobre el nivel del mar , [ 8 ] [ 9 ] se utiliza convencionalmente como el inicio del espacio ultraterrestre en los tratados espaciales y para el mantenimiento de registros aeroespaciales. Ciertas porciones de la estratosfera superior y la mesosfera se denominan a veces " espacio cercano ". El marco del derecho espacial internacional fue establecido por el Tratado del Espacio Ultraterrestre , que entró en vigor el 10 de octubre de 1967. Este tratado excluye cualquier reclamación de soberanía nacional y permite a todos los estados explorar libremente el espacio ultraterrestre . A pesar de la redacción de resoluciones de la ONU para los usos pacíficos del espacio ultraterrestre, se han probado armas antisatélite en órbita terrestre .  

El concepto de que el espacio entre la Tierra y la Luna debe ser un vacío se propuso por primera vez en el siglo XVII, después de que los científicos descubrieran que la presión atmosférica disminuía con la altitud. La inmensa escala del espacio exterior se comprendió en el siglo XX, cuando se midió por primera vez la distancia a la galaxia de Andrómeda . Los humanos comenzaron la exploración física del espacio más tarde, en el mismo siglo, con la llegada de los vuelos en globo a gran altitud . A esto le siguieron los vuelos tripulados en cohete y, posteriormente, la órbita terrestre tripulada, lograda por primera vez por Yuri Gagarin de la Unión Soviética en 1961. El coste económico de enviar objetos, incluidos seres humanos, al espacio es muy elevado, lo que limita los vuelos espaciales tripulados a la órbita terrestre baja y la Luna . Por otro lado, las naves espaciales no tripuladas han llegado a todos los planetas conocidos del Sistema Solar . El espacio exterior representa un entorno desafiante para la exploración humana debido a los peligros del vacío y la radiación . La microgravedad tiene un efecto negativo en la fisiología humana que causa atrofia muscular y pérdida ósea .

Terminología

El uso de la versión abreviada espacio , que significa "la región más allá del cielo de la Tierra", es anterior al uso del término completo "espacio exterior", y el primer uso registrado de este significado se encuentra en un poema épico de John Milton llamado El paraíso perdido , publicado en 1667. [ 10 ] [ 11 ]

El término espacio exterior existía en un poema de 1842 de la poetisa inglesa Lady Emmeline Stuart-Wortley titulado "La doncella de Moscú " [ 12 ] , pero en astronomía el término espacio exterior encontró su primera aplicación en 1845 por Alexander von Humboldt [ 13 ] . El término se popularizó finalmente a través de los escritos de H. G. Wells después de 1901 [ 14 ]. Theodore von Kármán utilizó el término espacio libre para nombrar el espacio de altitudes sobre la Tierra donde las naves espaciales alcanzan condiciones suficientemente libres de la resistencia atmosférica, diferenciándolo del espacio aéreo e identificando un espacio legal sobre territorios libres de la jurisdicción soberana de los países. Esta definición del límite del espacio exterior se conoció como la línea de Kármán [ 15 ] .

« Spaceborne » denota que existe en el espacio exterior, especialmente si es transportado por una nave espacial ; [ 16 ] [ 17 ] de manera similar, « space-based » significa que está basado en el espacio exterior o en un planeta o luna. [ 18 ]

Formación y estado

Concepto artístico del universo en expansión que se abre desde la izquierda del espectador, mirando hacia él en una pose de tres cuartos.
Cronología de la expansión del universo , donde el espacio se representa esquemáticamente en cada momento mediante secciones circulares. A la izquierda, la dramática expansión de la inflación ; en el centro, la expansión se acelera (concepto artístico; ni el tiempo ni el tamaño están a escala).

El tamaño del universo entero es desconocido y podría ser infinito . [ 19 ] Según la teoría del Big Bang , el universo primitivo era un estado extremadamente caliente y denso hace unos 13.800  millones de años [ 20 ] que se expandió rápidamente . Unos 380.000 años después, el universo se había enfriado lo suficiente como para permitir que los protones y los electrones se combinaran y formaran hidrógeno, la llamada época de recombinación . Cuando esto ocurrió, la materia y la energía se desacoplaron, permitiendo que los fotones viajaran libremente a través del espacio en continua expansión. [ 21 ] La materia que quedó tras la expansión inicial ha sufrido desde entonces un colapso gravitacional para crear estrellas, galaxias y otros objetos astronómicos, dejando tras de sí un vacío profundo que forma lo que ahora se denomina espacio exterior. [ 22 ] Como la luz tiene una velocidad finita, esta teoría limita el tamaño del universo directamente observable. [ 21 ]

La forma actual del universo se ha determinado a partir de mediciones del fondo cósmico de microondas utilizando satélites como la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson . Estas observaciones indican que la geometría espacial del universo observable es " plana ", lo que significa que los fotones en trayectorias paralelas en un punto permanecen paralelos a medida que viajan por el espacio hasta el límite del universo observable, excepto por la gravedad local. [ 23 ] El universo plano, combinado con la densidad de masa medida del universo y la expansión acelerada del universo , indica que el espacio tiene una energía de vacío no nula , que se denomina energía oscura . [ 24 ]

Las estimaciones sitúan la densidad energética media del universo actual en el equivalente a 5,9 protones por metro cúbico, incluyendo la energía oscura , la materia oscura y la materia bariónica (materia ordinaria compuesta de átomos). Los átomos representan solo el 4,6 % de la densidad energética total, o una densidad de un protón por cada cuatro metros cúbicos. [ 25 ] La densidad del universo claramente no es uniforme; varía desde una densidad relativamente alta en las galaxias —incluida una densidad muy alta en estructuras dentro de las galaxias , como planetas, estrellas y agujeros negros— hasta condiciones en vastos vacíos que tienen una densidad mucho menor, al menos en términos de materia visible. [ 26 ] A diferencia de la materia y la materia oscura, la energía oscura no parece estar concentrada en las galaxias: aunque la energía oscura puede representar la mayor parte de la masa-energía del universo, dentro de la Vía Láctea su influencia es 5 órdenes de magnitud menor que la influencia de la gravedad de la materia y la materia oscura. [ 27 ]

Ambiente

Una vista panorámica del espacio exterior vista desde la superficie terrestre por la noche. La nube de polvo interplanetario es visible como la banda horizontal de luz zodiacal , que incluye el falso amanecer [ 28 ] (bordes) y el gegenschein (centro), que es atravesada visualmente por la Vía Láctea.

El espacio exterior es la aproximación más cercana conocida a un vacío perfecto . Prácticamente no tiene fricción , lo que permite que las estrellas, los planetas y las lunas se muevan libremente a lo largo de sus órbitas . El profundo vacío del espacio intergaláctico no está desprovisto de materia , ya que contiene unos pocos átomos de hidrógeno por metro cúbico. [ 29 ] En comparación, el aire que respiramos los humanos contiene aproximadamente 10²⁵ moléculas por metro cúbico. [ 30 ] [ 31 ] La baja densidad de materia en el espacio exterior significa que la radiación electromagnética puede viajar grandes distancias sin dispersarse: el camino libre medio de un fotón en el espacio intergaláctico es de aproximadamente 10²³  km, o 10²⁰²³  años luz . [ 32 ] A pesar de esto, la extinción , que es la absorción y dispersión de fotones por el polvo y el gas, es un factor importante en la astronomía galáctica e intergaláctica . [ 33 ]

Las estrellas, los planetas y las lunas retienen sus atmósferas por atracción gravitatoria. Las atmósferas no tienen un límite superior claramente definido: la densidad del gas atmosférico disminuye gradualmente con la distancia al objeto hasta que se vuelve indistinguible del espacio exterior. [ 34 ] La presión atmosférica de la Tierra desciende a unos 0,032 Pa a 100 kilómetros (62 millas) de altitud, [ 35 ] en comparación con los 100 000  Pa definidos por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) como presión estándar . Por encima de esta altitud, la presión isotrópica del gas se vuelve rápidamente insignificante en comparación con la presión de radiación del Sol y la presión dinámica del viento solar . La termosfera en este rango presenta grandes gradientes de presión, temperatura y composición, y varía considerablemente debido a la meteorología espacial . [ 36 ]

La temperatura del espacio exterior se mide en términos de la actividad cinética del gas, [ 37 ] como en la Tierra. La radiación del espacio exterior tiene una temperatura diferente a la temperatura cinética del gas, lo que significa que el gas y la radiación no están en equilibrio termodinámico . [ 38 ] [ 39 ] Todo el universo observable está lleno de fotones que se crearon durante el Big Bang, lo que se conoce como la radiación cósmica de fondo de microondas (CMB). (Es muy probable que haya una cantidad correspondientemente grande de neutrinos llamada fondo de neutrinos cósmicos . [ 40 ] ) La temperatura actual del cuerpo negro de la radiación de fondo es de aproximadamente 2,7 K (−270 °C; −455 °F) . [ 41 ] Las temperaturas del gas en el espacio exterior pueden variar ampliamente. Por ejemplo, la temperatura en la Nebulosa Boomerang es de 1 K (−272 °C; −458 °F) [ 42 ] , mientras que la corona solar alcanza temperaturas de 1.200.000–2.600.000 K (2.200.000–4.700.000 °F) [ 43 ] .        

Se han detectado campos magnéticos en el espacio alrededor de muchas clases de objetos celestes. La formación estelar en galaxias espirales puede generar dinamos a pequeña escala , creando campos magnéticos turbulentos de alrededor de 5–10  μG . El efecto Davis-Greenstein provoca que los granos de polvo alargados se alineen con el campo magnético de una galaxia, lo que resulta en una polarización óptica débil . Esto se ha utilizado para mostrar campos magnéticos ordenados que existen en varias galaxias cercanas. Los procesos magnetohidrodinámicos en galaxias elípticas activas producen sus característicos chorros y lóbulos de radio . Se han detectado fuentes de radio no térmicas incluso entre las fuentes de alto z más distantes , lo que indica la presencia de campos magnéticos. [ 44 ]

Fuera de una atmósfera protectora y un campo magnético, existen pocos obstáculos para el paso por el espacio de partículas subatómicas energéticas conocidas como rayos cósmicos . Estas partículas tienen energías que van desde aproximadamente 10⁶ eV hasta un extremo de 10²⁰ eV en el caso de rayos cósmicos de ultra alta energía . [ 45 ] El flujo máximo de rayos cósmicos se produce a energías de aproximadamente 10⁹ eV , con aproximadamente un 87 % de protones, un 12 % de núcleos de helio y un 1 % de núcleos más pesados. En el rango de alta energía, el flujo de electrones es solo alrededor del 1 % del de protones. [ 46 ] Los rayos cósmicos pueden dañar componentes electrónicos y suponer una amenaza para la salud de los viajeros espaciales. [ 47 ]   

Los olores que se conservan de la órbita terrestre baja, al regresar de la actividad extravehicular , tienen un olor a quemado y metálico, similar al olor de los humos de la soldadura por arco . Esto se debe al oxígeno en la órbita terrestre baja, que se adhiere a los trajes y equipos. [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ] Otras regiones del espacio podrían tener olores muy diferentes, como el de distintos alcoholes en nubes moleculares . [ 51 ]

Sostenibilidad del espacio

Panorama general de las principales cuestiones de sostenibilidad espacial que se están considerando.

La sostenibilidad espacial tiene como objetivo mantener la seguridad y la salud del entorno espacial , [ 52 ] así como de los entornos planetarios. [ 53 ] De manera similar a las iniciativas de sostenibilidad en la Tierra, la sostenibilidad espacial busca utilizar el entorno del espacio para satisfacer las necesidades actuales de la sociedad sin comprometer las necesidades de las generaciones futuras. [ 54 ] [ 55 ] [ 56 ] Generalmente se centra en el espacio más cercano a la Tierra, la Órbita Terrestre Baja (LEO), ya que este entorno es el más utilizado y, por lo tanto, el más relevante para los humanos. [ 57 ] También considera la Órbita Geoestacionaria Ecuatorial (GEO), ya que esta órbita es otra opción popular para los diseños de misiones en órbita terrestre. [ 58 ]

Acceso humano

El creciente esfuerzo de la humanidad por explorar el espacio exterior ha traído consigo ciertos obstáculos tecnológicos, fisiológicos, legales, sociales y éticos que deben superarse. [ 59 ] [ 60 ]

Efectos sobre la biología y el cuerpo humano

La parte inferior muestra un planeta azul con nubes blancas dispersas. La parte superior muestra a un hombre con un traje espacial blanco y una unidad de maniobra sobre un fondo negro.
Debido a los peligros del vacío, los astronautas deben usar un traje espacial presurizado cuando están fuera de su nave espacial.

A pesar del entorno hostil, se han encontrado varias formas de vida que pueden soportar condiciones espaciales extremas durante períodos prolongados. Especies de líquenes que se encontraban en las instalaciones BIOPAN de la ESA sobrevivieron a la exposición durante diez días en 2007. [ 61 ] Semillas de Arabidopsis thaliana y Nicotiana tabacum germinaron después de estar expuestas al espacio durante 1,5 años. [ 62 ] Una cepa de Bacillus subtilis ha sobrevivido 559 días cuando se expuso a la órbita terrestre baja o a un entorno marciano simulado. [ 63 ]

La hipótesis de la litopanspermia sugiere que las rocas expulsadas al espacio exterior desde planetas que albergan vida podrían transportar con éxito formas de vida a otro mundo habitable. Se conjetura que tal escenario ocurrió al principio de la historia del Sistema Solar, con el intercambio de rocas potencialmente portadoras de microorganismos entre Venus, la Tierra y Marte. [ 64 ] Dado que las bacterias pueden sobrevivir durante millones de años, es al menos teóricamente posible que ocurra una panspermia a escala galáctica. [ 65 ]

Vacío

La falta de presión en el espacio es la característica más peligrosa e inmediata del espacio para los humanos. La presión disminuye sobre la Tierra, alcanzando un nivel a una altitud de aproximadamente 19,14 km (11,89 millas) que coincide con la presión de vapor del agua a la temperatura del cuerpo humano . Este nivel de presión se denomina línea de Armstrong , en honor al médico estadounidense Harry G. Armstrong . [ 66 ] A la altura de la línea de Armstrong o por encima de ella, los fluidos de la garganta y los pulmones se evaporan. Más específicamente, los fluidos corporales expuestos, como la saliva, las lágrimas y los líquidos de los pulmones, se evaporan. Por lo tanto, a esta altitud, la supervivencia humana requiere un traje presurizado o una cápsula presurizada. [ 67 ]  

En el espacio, la exposición repentina de un ser humano sin protección a presiones muy bajas , como durante una descompresión rápida, puede causar barotrauma pulmonar : una ruptura de los pulmones, debido a la gran diferencia de presión entre el interior y el exterior del tórax. [ 68 ] Incluso si las vías respiratorias del sujeto están completamente abiertas, el flujo de aire a través de la tráquea puede ser demasiado lento para evitar la ruptura. [ 69 ] La descompresión rápida puede romper los tímpanos y los senos paranasales, pueden producirse hematomas y sangrado en los tejidos blandos, y el shock puede causar un aumento en el consumo de oxígeno que conduce a la hipoxia . [ 70 ]

Como consecuencia de la rápida descompresión, el oxígeno disuelto en la sangre se vacía en los pulmones para intentar igualar el gradiente de presión parcial . Una vez que la sangre desoxigenada llega al cerebro, los humanos pierden el conocimiento después de unos segundos y mueren de hipoxia en cuestión de minutos. [ 71 ] La sangre y otros fluidos corporales hierven cuando la presión cae por debajo de 6,3 kilopascales (1 psi) , y esta condición se llama ebullismo . [ 72 ] El vapor puede hinchar el cuerpo hasta el doble de su tamaño normal y ralentizar la circulación, pero los tejidos son lo suficientemente elásticos y porosos como para evitar la ruptura. El ebullismo se ralentiza por la contención de presión de los vasos sanguíneos, por lo que parte de la sangre permanece líquida. [ 73 ] [ 74 ] 

La hinchazón y la ebullición pueden reducirse mediante el uso de un traje presurizado . El Traje de Protección de Altitud para la Tripulación (CAPS), una prenda elástica ajustada diseñada en la década de 1960 para astronautas, previene la ebullición a presiones tan bajas como 2 kilopascales (0,3 psi) . [ 75 ] Se necesita oxígeno suplementario a 8 km (5 mi) para proporcionar suficiente oxígeno para respirar y prevenir la pérdida de agua, mientras que por encima de 20 km (12 mi) los trajes presurizados son esenciales para prevenir la ebullición. [ 76 ] La mayoría de los trajes espaciales utilizan alrededor de 30–39 kilopascales (4–6 psi) de oxígeno puro, aproximadamente la misma que la presión parcial de oxígeno en la superficie terrestre. Esta presión es lo suficientemente alta como para prevenir la ebullición, pero la evaporación del nitrógeno disuelto en la sangre aún podría causar enfermedad por descompresión y embolias gaseosas si no se controla. [ 77 ]      

Ingravidez y radiación

Los humanos evolucionaron para vivir bajo la gravedad terrestre , y se ha demostrado que la exposición a la ingravidez tiene efectos perjudiciales para la salud. Inicialmente, más del 50 % de los astronautas experimentan mareo espacial . Esto puede causar náuseas y vómitos, vértigo , dolores de cabeza, letargo y malestar general. La duración del mareo espacial varía, pero suele durar de 1 a 3 días, tras los cuales el cuerpo se adapta al nuevo entorno. La exposición prolongada a la ingravidez produce atrofia muscular y deterioro del esqueleto, u osteopenia espacial . Estos efectos pueden minimizarse mediante un programa de ejercicio. [ 78 ] Otros efectos incluyen la redistribución de líquidos, la ralentización del sistema cardiovascular , la disminución de la producción de glóbulos rojos , trastornos del equilibrio y el debilitamiento del sistema inmunitario . Los síntomas menores incluyen pérdida de masa corporal, congestión nasal, trastornos del sueño e hinchazón facial. [ 79 ]

Durante los viajes espaciales de larga duración, la radiación puede representar un grave riesgo para la salud . La exposición a rayos cósmicos ionizantes de alta energía puede provocar fatiga, náuseas, vómitos, así como daños al sistema inmunitario y alteraciones en el recuento de glóbulos blancos . En periodos más prolongados, los síntomas incluyen un mayor riesgo de cáncer, además de daños en los ojos, el sistema nervioso , los pulmones y el tracto gastrointestinal . [ 80 ] En una misión de ida y vuelta a Marte de tres años de duración, una gran parte de las células del cuerpo de un astronauta serían atravesadas y potencialmente dañadas por núcleos de alta energía. [ 81 ] La energía de dichas partículas se reduce significativamente gracias al blindaje que proporcionan las paredes de una nave espacial y puede reducirse aún más mediante depósitos de agua y otras barreras. El impacto de los rayos cósmicos sobre el blindaje produce radiación adicional que puede afectar a la tripulación. Se necesita más investigación para evaluar los riesgos de la radiación y determinar las contramedidas adecuadas. [ 82 ]

Participación

Participation and representation of humanity in space is an issue of human access to and presence in space ever since the beginning of spaceflight.[83] Different space agencies, space programs and interest groups such as the International Astronomical Union have been formed supporting or producing humanity's or a particular human presence in space. Representation has been shaped by the inclusiveness, scope and varying capabilities of these organizations and programs.

Some rights of non-spacefaring countries to partake in spaceflight have been secured through international space law, declaring space the "province of all mankind", understanding spaceflight as its resource, though sharing of space for all humanity is still criticized as imperialist and lacking,[83][84] particularly regarding regulation of private spceflight.[85]

Additionally to international inclusion the inclusion of women,[86]people of colour and with disability has also been lacking.[87][88][89] To reach a more inclusive spaceflight some organizations like the Justspace Alliance[83] and IAU featured Inclusive Astronomy[90] have been formed in recent years.

Transition region

Illustration of Earth's atmosphere gradual transition into outer space

La transición entre la atmósfera terrestre y el espacio exterior carece de un límite físico bien definido, ya que la presión atmosférica disminuye progresivamente con la altitud hasta mezclarse con el viento solar . Se han propuesto varias definiciones para un límite práctico, que van desde los 30 km (19 mi) hasta los 1.600.000 km (990.000 mi) . [ 15 ] En 2009, se realizaron mediciones de la dirección y la velocidad de los iones en la atmósfera desde un cohete sonda . La altitud de 118 km (73,3 mi) sobre la Tierra fue el punto medio para las partículas cargadas que transitan de los suaves vientos de la atmósfera terrestre a los flujos más extremos del espacio exterior. Estos últimos pueden alcanzar velocidades muy superiores a los 268 m/s (880 ft/s) . [ 91 ] [ 92 ]        

Las aeronaves de gran altitud , como los globos de gran altitud, han alcanzado altitudes sobre la Tierra de hasta 50  km. [ 93 ] Hasta 2021, Estados Unidos designaba como astronautas a las personas que viajaban por encima de una altitud de 50 millas (80 km) . [ 94 ] Actualmente, las alas de astronauta solo se otorgan a los miembros de la tripulación de naves espaciales que "demostraron actividades durante el vuelo que fueron esenciales para la seguridad pública o contribuyeron a la seguridad de los vuelos espaciales tripulados". [ 95 ]  

La región entre el espacio aéreo y el espacio exterior se denomina "espacio cercano". No existe una definición ampliamente aceptada para esta extensión, pero generalmente se trata del rango de altitud de 20 a 100 km (12 a 62 mi) . [ 96 ] Por razones de seguridad, las aeronaves comerciales suelen estar limitadas a altitudes de 12 km (7,5 mi) , y los servicios de navegación aérea solo se extienden hasta 18 a 20 km (11 a 12 mi) . [ 96 ] El límite superior de este rango es la línea de Kármán , donde la astrodinámica debe prevalecer sobre la aerodinámica para lograr el vuelo. [ 97 ] Este rango incluye la estratosfera , la mesosfera y la termosfera inferior de la atmósfera terrestre. [ 98 ]      

Algunos autores utilizan rangos mayores para el espacio cercano , como de 18 a 160 km (11 a 99 mi) . [ 99 ] Estos se extienden a las altitudes donde el vuelo orbital en órbitas terrestres muy bajas se vuelve práctico. [ 99 ] Las naves espaciales han entrado en una órbita altamente elíptica con un perigeo tan bajo como de 80 a 90 km (50 a 56 mi) , sobreviviendo durante múltiples órbitas. [ 100 ] A una altitud de 120 km (75 mi) , [ 100 ] las naves espaciales en descenso comienzan la entrada atmosférica cuando el arrastre atmosférico se vuelve perceptible. Para aviones espaciales como el Transbordador Espacial de la NASA , esto inicia el proceso de cambio de dirección con propulsores a maniobra con superficies de control aerodinámico . [ 101 ]      

La línea de Kármán, establecida por la Federación Aeronáutica Internacional y utilizada internacionalmente por las Naciones Unidas , [ 15 ] se sitúa a una altitud de 100 km (62 millas) como definición operativa del límite entre la aeronáutica y la astronáutica. Esta línea recibe su nombre de Theodore von Kármán . Alrededor de esta altitud, un vehículo no puede generar suficiente sustentación aerodinámica de la atmósfera para mantenerse en vuelo. [ 8 ] [ 9 ]  

Las armas antisatélite convencionales, como el misil SM-3, siguen siendo legales según el derecho internacional humanitario , a pesar de que generan peligrosos desechos espaciales.

No existe un límite de altitud legal reconocido internacionalmente en el espacio aéreo nacional, aunque la línea de Kármán es la más utilizada para este fin. Se han formulado objeciones a establecer este límite demasiado alto, ya que podría inhibir las actividades espaciales debido a la preocupación por las violaciones del espacio aéreo. [ 100 ] Se ha argumentado que no se debe establecer una altitud singular específica en el derecho internacional, sino aplicar diferentes límites según el caso, en particular en función de la nave y su propósito. El aumento de los vuelos espaciales suborbitales comerciales y militares ha planteado la cuestión de dónde aplicar las leyes del espacio aéreo y el espacio ultraterrestre. [ 99 ] [ 97 ] Las naves espaciales han volado sobre países extranjeros a tan solo 30 km (19 mi) , como en el ejemplo del transbordador espacial. [ 93 ]  

El Tratado del Espacio Ultraterrestre proporciona el marco básico del derecho espacial internacional. Abarca el uso legal del espacio ultraterrestre por los Estados nación e incluye en su definición de espacio ultraterrestre la Luna y otros cuerpos celestes. El tratado establece que el espacio ultraterrestre es libre para que todos los Estados nación lo exploren y no está sujeto a reivindicaciones de soberanía nacional, denominándolo "patrimonio de toda la humanidad". Este estatus como patrimonio común de la humanidad se ha utilizado, aunque no sin oposición, para hacer valer el derecho de acceso y uso compartido del espacio ultraterrestre para todas las naciones por igual, en particular para aquellas que no tienen capacidad espacial. [ 102 ] Prohíbe el despliegue de armas nucleares en el espacio ultraterrestre. El tratado fue aprobado por la Asamblea General de las Naciones Unidas en 1963 y firmado en 1967 por la Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas (URSS), los Estados Unidos de América (EE. UU.) y el Reino Unido (RU). Hasta 2017, 105 Estados partes habían ratificado o se habían adherido al tratado. Otros 25 Estados lo firmaron, pero sin ratificarlo. [ 103 ] [ 104 ]

Since 1958, outer space has been the subject of multiple United Nations resolutions. Of these, more than 50 have been concerning the international co-operation in the peaceful uses of outer space and preventing an arms race in space.[105] Four additional space law treaties have been negotiated and drafted by the UN's Committee on the Peaceful Uses of Outer Space. Still, there remains no legal prohibition against deploying conventional weapons in space, and anti-satellite weapons have been successfully tested by the USA, USSR, China,[106] and in 2019, India.[107] The 1979 Moon Treaty turned the jurisdiction of all heavenly bodies (including the orbits around such bodies) over to the international community. The treaty has not been ratified by any nation that currently practices human spaceflight.[108]

In 1976, eight equatorial states (Ecuador, Colombia, Brazil, The Republic of the Congo, Zaire, Uganda, Kenya, and Indonesia) met in Bogotá, Colombia: with their "Declaration of the First Meeting of Equatorial Countries", or the Bogotá Declaration, they claimed control of the segment of the geosynchronous orbital path corresponding to each country.[109] These claims are not internationally accepted.[110]

An increasing issue of international space law and regulation has been the dangers of the growing number of space debris.[111]

Since 2020 lunar exploration has been sought to be aligned through the Artemis Accords, particularly as a legal frame for the United States led Artemis program, returning crewed missions to the Moon.

Earth orbit

Newton's cannonball, an illustration of how objects can "fall" in a curve around the planet

When a rocket is launched to achieve orbit, its thrust must both counter gravity and accelerate it to orbital speed. After the rocket terminates its thrust, it follows an arc-like trajectory back toward the ground under the influence of the Earth's gravitational force. In a closed orbit, this arc will turn into an elliptical loop around the planet. That is, a spacecraft successfully enters Earth orbit when its acceleration due to gravity pulls the craft down just enough to prevent its momentum from carrying it off into outer space.[112]

Para una órbita terrestre baja , la velocidad orbital es de aproximadamente 7,8 km/s (17 400 mph) ; [ 113 ] en contraste, la velocidad más rápida jamás alcanzada por un avión tripulado (excluyendo las velocidades alcanzadas por naves espaciales en desorbitación) fue de 2,2 km/s (4900 mph) en 1967 por el North American X-15 . [ 114 ] El límite superior de la velocidad orbital a 11,2 km/s (25 100 mph) es la velocidad requerida para separarse completamente de la Tierra y entrar en una órbita heliocéntrica . [ 115 ] La energía requerida para alcanzar la velocidad orbital terrestre a una altitud de 600 km (370 mi) es de aproximadamente 36 MJ /kg, que es seis veces la energía necesaria simplemente para ascender a la altitud correspondiente. [ 116 ]         

La órbita terrestre muy baja (VLEO) se define como aquella con una altitud media inferior a 450  km (280  mi), más adecuada para la observación de la Tierra con pequeños satélites. [ 117 ] Las órbitas terrestres bajas, en general, tienen altitudes comprendidas entre los 180 y los 2000 km (110 y 1240 mi) y se utilizan para satélites científicos. Las órbitas terrestres medias se extienden desde los 2000 hasta los 35 780 km (1240 y 22 230 mi) , siendo estas órbitas favorables para la navegación y satélites especializados. Por encima de los 35 780 km (22 230 mi) se encuentran las órbitas terrestres altas, utilizadas para satélites meteorológicos y algunos satélites de comunicaciones. [ 118 ]      

Las naves espaciales en órbita con un perigeo por debajo de unos 2000 km (1200 mi) (órbita terrestre baja) están sujetas a la resistencia de la atmósfera terrestre, [ 119 ] lo que disminuye la altitud orbital. La tasa de decaimiento orbital depende del área de la sección transversal y la masa del satélite, así como de las variaciones en la densidad del aire de la atmósfera superior, que se ve significativamente afectada por el clima espacial . [ 120 ] A altitudes superiores a 800 km (500 mi) , la vida útil orbital se mide en siglos. [ 121 ] Por debajo de unos 300 km (190 mi) , el decaimiento se vuelve más rápido, con vidas útiles medidas en días. Una vez que un satélite desciende a 180 km (110 mi) , solo tiene horas antes de vaporizarse en la atmósfera. [ 122 ]        

La radiación en órbita alrededor de la Tierra se concentra en los cinturones de radiación de Van Allen , que atrapan la radiación solar y galáctica . La radiación es una amenaza para los astronautas y los sistemas espaciales. Es difícil protegerse de ella y la meteorología espacial hace que el entorno de radiación sea variable. Los cinturones de radiación son regiones toroidales ecuatoriales , que se curvan hacia los polos de la Tierra, siendo la Anomalía del Atlántico Sur la región donde las partículas cargadas se acercan más a la Tierra. [ 123 ] [ 124 ] El cinturón de radiación más interno, el cinturón interno de Van Allen, tiene su pico de intensidad a altitudes por encima del ecuador de medio radio terrestre, [ 125 ] centrado en unos 3000  km, [ 126 ] aumentando desde el borde superior de la órbita terrestre baja con la que se superpone. [ 127 ] [ 128 ] [ 129 ]

Regiones

Descripción general de las diferentes escalas del espacio como regiones alrededor de la Tierra.
Sistema Tierra-Luna
Sistema solar interior con objetos cercanos a la Tierra
Sistema solar y nube de Oort
Estrellas más cercanas
Nube interestelar local y medio interestelar vecino
Asociaciones estelares y mapa del medio interestelar de la Burbuja Local
Nubes moleculares alrededor del Sol dentro del brazo de Orión-Cygnus
Brazo de Orión-Cisne y brazos vecinos
Brazo de Orión-Cygnus dentro de la Vía Láctea
El Sol dentro de la estructura de la  Vía Láctea
Galaxias satélite de la Vía Láctea en el Grupo Local
Virgo SCl en Laniakea SCl
Laniakea SCl en el complejo supercluster Pisces–Cetus
Universo observable

Regiones cercanas a la Tierra

La capa más externa de la atmósfera terrestre se denomina exosfera . Se extiende desde la termopausa , que se encuentra a una altitud que varía entre 250 y 500 kilómetros (160 y 310 millas) , dependiendo de la incidencia de la radiación solar. Más allá de esta altitud, las colisiones entre moléculas son insignificantes y la atmósfera se une al espacio interplanetario. [ 130 ] La región cercana a la Tierra alberga multitud de satélites en órbita terrestre y ha sido objeto de extensos estudios. Para fines de identificación, este volumen se divide en regiones superpuestas del espacio. [ 131 ] [ 132 ] [ 133 ] [ 134 ] 

El espacio cercano a la Tierra es la región del espacio que se extiende desde las órbitas terrestres bajas hastalas órbitas geoestacionarias. [ 131 ] Esta región incluye las principales órbitas delos satélites artificialesy es el lugar donde se desarrolla la mayor parte de la actividad espacial de la humanidad. La región ha experimentado altos niveles de basura espacial, a veces denominadacontaminación espacial, que amenaza la actividad espacial cercana. [ 131 ] Parte de esta basura reingresa periódicamente a la atmósfera terrestre. [ 135 ] Aunque cumple con la definición de espacio exterior, la densidad atmosférica dentro del espacio orbital terrestre bajo, los primeros cientos de kilómetros por encima de la línea de Kármán, sigue siendo suficiente para produciruna resistenciaen los satélites. [ 122 ]

Mapa generado por computadora de objetos que orbitan la Tierra, a partir de 2005. Alrededor del 95% son desechos, no satélites artificiales en funcionamiento [ 136 ].

El geoespacio es una región del espacio exterior que incluye la atmósfera superior y la magnetosfera de la Tierra . [ 132 ] Los cinturones de radiación de Van Allen se encuentran dentro del geoespacio. El límite exterior del geoespacio es la magnetopausa , que forma una interfaz entre la magnetosfera terrestre y el viento solar. El límite interior es la ionosfera . [ 137 ] [ 138 ]

Las condiciones variables del clima espacial del geoespacio se ven afectadas por el comportamiento del Sol y el viento solar; el tema del geoespacio está interrelacionado con la heliofísica , el estudio del Sol y su impacto en los planetas del Sistema Solar. [ 139 ] La magnetopausa diurna se comprime por la presión del viento solar; la distancia subsolar desde el centro de la Tierra es típicamente de 10 radios terrestres. En el lado nocturno, el viento solar estira la magnetosfera para formar una magnetocola que a veces se extiende a más de 100-200 radios terrestres. [ 140 ] [ 141 ] Durante aproximadamente cuatro días de cada mes, la superficie lunar está protegida del viento solar cuando la Luna pasa a través de la magnetocola. [ 142 ]

El geoespacio está poblado por partículas cargadas eléctricamente a densidades muy bajas, cuyos movimientos están controlados por el campo magnético terrestre . Estos plasmas forman un medio desde el cual perturbaciones similares a tormentas, impulsadas por el viento solar, pueden generar corrientes eléctricas en la atmósfera superior de la Tierra. Las tormentas geomagnéticas pueden perturbar dos regiones del geoespacio: los cinturones de radiación y la ionosfera. Estas tormentas aumentan los flujos de electrones energéticos que pueden dañar permanentemente la electrónica de los satélites, interfiriendo con las comunicaciones de radio de onda corta y la localización y sincronización del GPS . [ 143 ] Las tormentas magnéticas pueden ser peligrosas para los astronautas, incluso en órbita terrestre baja. Crean auroras que se observan en latitudes altas en un óvalo que rodea los polos geomagnéticos . [ 144 ]

La Tierra y la Luna vistas desde el espacio cislunar en la misión Artemis 1 de 2022.

El espacio XGEO es un concepto utilizado por los EE. UU. para referirse al espacio de órbitas terrestres altas, donde la 'X' es un múltiplo de la órbita geosíncrona (GEO) a aproximadamente 35 786 km (22 236 mi) . [ 133 ] Por lo tanto, el punto de Lagrange L2 Tierra-Luna a 448 900 km (278 934 mi) es aproximadamente 10,67 XGEO. [ 145 ] El espacio translunar es la región de órbitas de transferencia lunar , entre la Luna y la Tierra. [ 146 ]    

El espacio cislunar es una región fuera de la Tierra que incluye las órbitas lunares , el espacio orbital de la Luna alrededor de la Tierra y los puntos de Lagrange Tierra-Luna . [ 134 ] La región donde el potencial gravitatorio de un cuerpo permanece dominante frente a los potenciales gravitatorios de otros cuerpos es la esfera de influencia o pozo gravitatorio del cuerpo, descrito principalmente con el modelo de la esfera de Hill . [ 147 ] En el caso de la Tierra, esto incluye todo el espacio desde la Tierra hasta una distancia de aproximadamente el 1% de la distancia media de la Tierra al Sol, [ 148 ] o 1,5 millones de km (0,93 millones de millas) . Más allá de la esfera de Hill de la Tierra, su espacio orbital y coorbital se extiende a lo largo de la trayectoria orbital de la Tierra . Este espacio está poblado por grupos de objetos cercanos a la Tierra (NEO) coorbitales, como libradores en forma de herradura y troyanos terrestres , y algunos NEO se convierten a veces en satélites temporales y cuasi-lunas de la Tierra. [ 149 ]    

El gobierno de Estados Unidos define el espacio profundo como todo el espacio exterior que se encuentra más lejos de la Tierra que una órbita terrestre baja típica, asignando así a la Luna al espacio profundo. [ 150 ] Otras definiciones varían el punto de partida del espacio profundo desde "Aquello que se encuentra más allá de la órbita de la Luna" hasta "Aquello que se encuentra más allá de los confines del propio Sistema Solar". [ 151 ] [ 152 ] [ 153 ] La Unión Internacional de Telecomunicaciones, responsable de las comunicaciones por radio , incluidas las satelitales, define el espacio profundo como "distancias desde la Tierra iguales o mayores que 2 millones de km (1,2 millones de millas) ", [ 154 ] que es aproximadamente cinco veces la distancia orbital de la Luna , pero que también es mucho menor que la distancia entre la Tierra y cualquier planeta adyacente. [ 155 ]    

Espacio cercano a la Tierra que muestra las órbitas de la Tierra baja (azul), la Tierra media (verde) y la Tierra alta (rojo). Esta última se extiende más allá del radio de las órbitas geosíncronas.

espacio interplanetario

En la parte inferior izquierda, una coma blanca resalta sobre un fondo negro. Material nebuloso se extiende hacia arriba y a la izquierda, desvaneciéndose lentamente con la distancia.
El plasma disperso (azul) y el polvo (blanco) en la cola del cometa Hale-Bopp están siendo moldeados por la presión de la radiación solar y el viento solar, respectivamente.

El espacio interplanetario es el interior de una burbuja creada por el campo magnético del Sol. [ 156 ] El espacio interplanetario se extiende hasta la heliopausa a 110 a 160 UA, mucho más allá de la órbita del planeta más externo, Neptuno . [ 157 ] El Sol emite un flujo continuo de partículas cargadas llamado viento solar , creando una atmósfera muy tenue (la heliosfera ) a lo largo de miles de millones de kilómetros en el espacio. Este viento tiene una densidad de partículas de 5–10 protones /cm³ y se mueve a una velocidad de 350–400 km/s (780 000–890 000 mph) . [ 158 ] A lo largo del espacio interplanetario, el campo magnético del Sol, combinado con los campos creados por los vientos solares, desvía los rayos cósmicos galácticos de baja energía. La distancia y la fuerza de las desviaciones varían según el nivel de actividad del viento solar. [ 159 ] [ 160 ]  

La región del espacio interplanetario es un vacío casi total, con un camino libre medio de aproximadamente una unidad astronómica a la distancia orbital de la Tierra. Este espacio no está completamente vacío, sino que está escasamente lleno de rayos cósmicos, que incluyen núcleos atómicos ionizados y varias partículas subatómicas. Hay gas, plasma y polvo, [ 161 ] pequeños meteoros y varias docenas de tipos de moléculas orgánicas descubiertas hasta la fecha mediante espectroscopia de microondas . [ 162 ] Colectivamente, esta materia se denomina medio interplanetario . [ 157 ] Una nube de polvo interplanetario es visible por la noche como una tenue banda llamada luz zodiacal . [ 163 ]

El espacio interplanetario contiene el campo magnético generado por el Sol. [ 158 ] Existen magnetosferas generadas por planetas como Júpiter, Saturno, Mercurio y la Tierra que poseen sus propios campos magnéticos. Estos campos, bajo la influencia del viento solar, adquieren una forma aproximada de lágrima, con una larga cola que se extiende hacia afuera detrás del planeta. Estos campos magnéticos pueden atrapar partículas del viento solar y de otras fuentes, creando cinturones de partículas cargadas, como los cinturones de radiación de Van Allen. Los planetas sin campos magnéticos, como Marte, ven sus atmósferas erosionadas gradualmente por el viento solar. [ 164 ]

Espacio interestelar

Nebulosa irregular de color naranja y azul sobre un fondo negro, con un arco naranja curvado que envuelve una estrella en el centro.
Onda de choque formada por la magnetosfera de la joven estrella LL Orionis (centro) al colisionar con el flujo de la Nebulosa de Orión.

El espacio interestelar es el espacio físico fuera de las burbujas de plasma conocidas como astrosferas , formadas por vientos estelares que se originan en estrellas individuales. [ 165 ] Es el espacio entre las estrellas o sistemas estelares dentro de una nebulosa o galaxia. [ 166 ] El espacio interestelar contiene un medio interestelar de materia y radiación dispersas. El límite entre una astrosfera y el espacio interestelar se conoce como astropausa . Para el Sol, la astrosfera y la astropausa se denominan heliosfera y heliopausa, respectivamente. [ 167 ]

Aproximadamente el 70% de la masa del medio interestelar consiste en átomos de hidrógeno solitarios; la mayor parte del resto consiste en átomos de helio. Este se enriquece con cantidades traza de átomos más pesados ​​formados a través de la nucleosíntesis estelar . Estos átomos son eyectados al medio interestelar por vientos estelares o cuando las estrellas evolucionadas comienzan a desprenderse de sus envolturas exteriores, como durante la formación de una nebulosa planetaria . [ 168 ] La explosión cataclísmica de una supernova propaga ondas de choque de eyección estelar hacia afuera, distribuyéndola por todo el medio interestelar, incluyendo los elementos pesados ​​previamente formados dentro del núcleo de la estrella. [ 169 ] La densidad de materia en el medio interestelar puede variar considerablemente: el promedio es de alrededor de 10 6 partículas por m 3 , [ 170 ] pero las nubes moleculares frías pueden contener 10 8 –10 12 por m 3 . [ 38 ] [ 168 ]

En el espacio interestelar existen numerosas moléculas que pueden formar partículas de polvo de tan solo 0,1 μm . [ 171 ] El número de moléculas descubiertas mediante radioastronomía aumenta constantemente a razón de unas cuatro especies nuevas por año. Grandes regiones de materia de mayor densidad, conocidas como nubes moleculares, permiten que se produzcan reacciones químicas, incluida la formación de especies orgánicas poliatómicas. Gran parte de esta química está impulsada por colisiones. Los rayos cósmicos energéticos penetran en las nubes frías y densas e ionizan el hidrógeno y el helio, dando lugar, por ejemplo, al catión trihidrógeno . Un átomo de helio ionizado puede entonces dividir el monóxido de carbono, relativamente abundante , para producir carbono ionizado, que a su vez puede dar lugar a reacciones químicas orgánicas. [ 172 ] 

Estructura del espacio galáctico de la Vía Láctea , vista desde el Sistema Solar, con nebulosas oscuras (texto blanco) y nubes de estrellas (texto negro) etiquetadas.

El medio interestelar local es una región del espacio a menos de 100 pc del Sol, de interés tanto por su proximidad como por su interacción con el Sistema Solar. Este volumen casi coincide con una región del espacio conocida como la Burbuja Local , caracterizada por la ausencia de nubes frías y densas. Forma una cavidad en el Brazo de Orión de la Vía Láctea, con densas nubes moleculares a lo largo de sus bordes, como las de las constelaciones de Ofiuco y Tauro . La distancia real al borde de esta cavidad varía entre 60 y 250 pc o más. Este volumen contiene entre 10⁴ y 10⁵ estrellas , y el gas interestelar local contrarresta las astrosferas que rodean a estas estrellas, cuyo volumen varía según la densidad local del medio interestelar. La Burbuja Local contiene docenas de nubes interestelares cálidas con temperaturas de hasta 7000 K y radios de 0,5 a 5 pc. [ 173 ]    

Cuando las estrellas se mueven a velocidades peculiares suficientemente altas , sus astroesferas pueden generar ondas de choque de proa al colisionar con el medio interestelar. Durante décadas se asumió que el Sol tenía una onda de choque de proa. En 2012, los datos del Explorador de Límites Interestelares (IBEX) y las sondas Voyager de la NASA mostraron que la onda de choque de proa del Sol no existe. En cambio, estos autores argumentan que una onda de proa subsónica define la transición del flujo del viento solar al medio interestelar. [ 174 ] [ 175 ] Una onda de choque de proa es un tercer límite característico de una astroesfera, que se encuentra fuera del choque de terminación y la astropausa. [ 175 ]

espacio intergaláctico

Estructura del Universo
Distribución de la materia en una sección cúbica del universo. Las estructuras azules con forma de fibra representan la materia, mientras que las regiones vacías muestran los vacíos cósmicos.

El espacio intergaláctico es el espacio físico entre galaxias. Los estudios de la distribución a gran escala de las galaxias muestran que el universo tiene una estructura espumosa, con grupos y cúmulos de galaxias dispuestos a lo largo de filamentos que ocupan aproximadamente una décima parte del espacio total. El resto forma vacíos cósmicos que están mayormente desprovistos de galaxias. Típicamente, un vacío abarca una distancia de 7 a 30 megaparsecs. [ 176 ]

El medio intergaláctico (MIG) rodea y se extiende entre las galaxias. Este plasma enrarecido [ 177 ] está organizado en una estructura filamentosa galáctica . [ 178 ] El gas fotoionizado difuso contiene filamentos de mayor densidad, aproximadamente un átomo por metro cúbico, [ 179 ] que es de 5 a 200 veces la densidad promedio del universo. [ 180 ] Se infiere que el MIG es mayoritariamente primordial en composición, con un 76% de hidrógeno en masa, y enriquecido con elementos de mayor masa provenientes de flujos galácticos de alta velocidad. [ 181 ]

Cuando el gas cae al medio intergaláctico desde los vacíos, se calienta hasta alcanzar temperaturas de 10⁵ K  a 10⁷ K.  [ 4 ] A estas temperaturas, se le denomina medio intergaláctico cálido-caliente (WHIM). Aunque el plasma es muy caliente para los estándares terrestres, 10⁵ K se suele denominar "cálido" en astrofísica. Simulaciones por ordenador y observaciones indican que hasta la mitad de la materia atómica del universo podría existir en este estado cálido-caliente y enrarecido. [ 180 ] [ 182 ] [ 183 ] Cuando el gas cae desde las estructuras filamentosas del WHIM hacia los cúmulos de galaxias en las intersecciones de los filamentos cósmicos, puede calentarse aún más, alcanzando temperaturas de 10⁸ K  y superiores en el llamado medio intracúmulo (ICM). [ 184 ]

Historia

La historia de la comprensión humana del espacio exterior se puede dividir en tres etapas de observación: a simple vista, con telescopio y con naves espaciales. La teoría científica y la tecnología de observación a menudo avanzaron a la par.

Descubrimiento

En el año 350 a. C., el filósofo griego Aristóteles sugirió que la naturaleza aborrece el vacío , un principio que se conoció como el horror vacui . Este concepto se basó en un argumento ontológico del siglo V a. C. del filósofo griego Parménides , quien negó la posible existencia de un vacío en el espacio. [ 185 ] Partiendo de esta idea de que el vacío no podía existir, en Occidente se sostuvo ampliamente durante muchos siglos que el espacio no podía estar vacío. [ 186 ] Incluso en el siglo XVII, el filósofo francés René Descartes argumentó que la totalidad del espacio debía estar llena. [ 187 ]

In ancient China, the 2nd-century astronomer Zhang Heng became convinced that space must be infinite, extending well beyond the mechanism that supported the Sun and the stars. The surviving books of the Hsüan Yeh school said that the heavens were boundless, "empty and void of substance". Likewise, the "sun, moon, and the company of stars float in the empty space, moving or standing still".[188]

The Italian scientist Galileo Galilei knew that air has mass and so was subject to gravity. In 1640, he demonstrated that an established force resisted the formation of a vacuum. It would remain for his pupil Evangelista Torricelli to create an apparatus that would produce a partial vacuum in 1643. This experiment resulted in the first mercury barometer and created a scientific sensation in Europe. Torricelli suggested that since air has weight, then air pressure should decrease with altitude.[189] The French mathematician Blaise Pascal proposed an experiment to test this hypothesis.[190] In 1648, his brother-in-law, Florin Périer, repeated the experiment on the Puy de Dôme mountain in central France and found that the column was shorter by three inches. This decrease in pressure was further demonstrated by carrying a half-full balloon up a mountain and watching it gradually expand, then contract upon descent.[191]

Una vitrina de cristal contiene un dispositivo mecánico con una palanca, además de dos hemisferios metálicos unidos a cuerdas para tirar.
The original Magdeburg hemispheres (left) used to demonstrate Otto von Guericke's vacuum pump (right)

In 1650, German scientist Otto von Guericke constructed the first vacuum pump: a device that would further refute the principle of horror vacui. He correctly noted that the atmosphere of the Earth surrounds the planet like a shell, with the density gradually declining with altitude. He concluded that there must be a vacuum between the Earth and the Moon.[192]

En el siglo XV, el teólogo alemán Nicolás Cusano especuló que el universo carecía de centro y circunferencia. Creía que el universo, si bien no era infinito, no podía considerarse finito, ya que carecía de límites que lo contuvieran. [ 193 ] Estas ideas llevaron al filósofo italiano Giordano Bruno , en el siglo XVI , a especular sobre la dimensión infinita del espacio . Bruno extendió la cosmología heliocéntrica copernicana al concepto de un universo infinito lleno de una sustancia que denominó éter , la cual no se oponía al movimiento de los cuerpos celestes. [ 194 ] El filósofo inglés William Gilbert llegó a una conclusión similar, argumentando que las estrellas son visibles para nosotros solo porque están rodeadas por un tenue éter o vacío. [ 195 ] Este concepto de éter se originó con los antiguos filósofos griegos, incluido Aristóteles, quien lo concibió como el medio a través del cual se mueven los cuerpos celestes. [ 196 ]

El concepto de un universo lleno de un éter luminífero mantuvo el apoyo de algunos científicos hasta principios del siglo XX. Esta forma de éter se consideraba el medio a través del cual la luz podía propagarse. [ 197 ] En 1887, el experimento de Michelson-Morley intentó detectar el movimiento de la Tierra a través de este medio buscando cambios en la velocidad de la luz en función de la dirección del movimiento del planeta. El resultado nulo indicó que algo fallaba en el concepto. La idea del éter luminífero fue entonces abandonada. Fue reemplazada por la teoría de la relatividad especial de Albert Einstein , que sostiene que la velocidad de la luz en el vacío es una constante fija, independiente del movimiento del observador o del sistema de referencia . [ 198 ] [ 199 ]

El primer astrónomo profesional en apoyar el concepto de un universo infinito fue el inglés Thomas Digges en 1576. [ 200 ] Pero la escala del universo permaneció desconocida hasta la primera medición exitosa de la distancia a una estrella cercana en 1838 por el astrónomo alemán Friedrich Bessel . Demostró que el sistema estelar 61 Cygni tenía una paralaje de solo 0,31 segundos de arco (en comparación con el valor moderno de 0,287″). Esto corresponde a una distancia de más de 10 años luz . [ 201 ] En 1917, Heber Curtis observó que las novas en nebulosas espirales eran, en promedio, 10 magnitudes más débiles que las novas galácticas, lo que sugiere que las primeras están 100 veces más lejos. [ 202 ] La distancia a la galaxia de Andrómeda fue determinada en 1923 por el astrónomo estadounidense Edwin Hubble midiendo el brillo de las variables cefeidas en esa galaxia, una nueva técnica descubierta por Henrietta Leavitt . [ 203 ] Esto estableció que la galaxia de Andrómeda, y por extensión todas las galaxias, se encontraban muy lejos de la Vía Láctea. [ 204 ] Con esto, Hubble formuló la constante de Hubble , que permitió por primera vez un cálculo de la edad del Universo y el tamaño del Universo Observable, comenzando en 2 mil millones de años y 280 millones de años luz. Esto se volvió cada vez más preciso con mejores mediciones, hasta 2006 cuando los datos del Telescopio Espacial Hubble permitieron un cálculo muy preciso de la edad del Universo y el tamaño del Universo Observable. [ 205 ] 

El concepto moderno del espacio exterior se basa en la cosmología del "Big Bang" , propuesta por primera vez en 1931 por el físico belga Georges Lemaître . [ 206 ] Esta teoría sostiene que el universo se originó a partir de un estado de densidad de energía extrema que desde entonces ha experimentado una expansión continua . [ 207 ]

La primera estimación conocida de la temperatura del espacio exterior fue realizada por el físico suizo Charles É. Guillaume en 1896. Utilizando la radiación estimada de las estrellas de fondo, concluyó que el espacio debía calentarse a una temperatura de 5–6  K. El físico británico Arthur Eddington realizó un cálculo similar para obtener una temperatura de 3,18  K en 1926. El físico alemán Erich Regener utilizó la energía total medida de los rayos cósmicos para estimar una temperatura intergaláctica de 2,8  K en 1933. [ 208 ] Los físicos estadounidenses Ralph Alpher y Robert Herman predijeron 5  K para la temperatura del espacio en 1948, basándose en la disminución gradual de la energía de fondo tras la entonces nueva teoría del Big Bang . [ 208 ]

Exploración

El sur está arriba en la primera imagen de la Tierra tomada por una persona, [ 209 ] probablemente por Bill Anders (durante la misión Apolo 8 de 1968)

Durante la mayor parte de la historia de la humanidad, el espacio se exploró mediante observaciones realizadas desde la superficie de la Tierra, inicialmente a simple vista y luego con el telescopio. Antes de la tecnología de cohetes confiable, lo más cerca que los humanos habían estado de llegar al espacio exterior era a través de vuelos en globo. En 1935, el vuelo tripulado en globo estadounidense Explorer II alcanzó una altitud de 22 km (14 mi) . [ 210 ] Esto fue ampliamente superado en 1942 cuando el tercer lanzamiento del cohete alemán A-4 ascendió a una altitud de aproximadamente 80 km (50 mi) . En 1957, el satélite no tripulado Sputnik 1 fue lanzado por un cohete ruso R-7 , alcanzando la órbita terrestre a una altitud de 215–939 kilómetros (134–583 mi) . [ 211 ] A esto le siguió el primer vuelo espacial tripulado en 1961, cuando Yuri Gagarin fue enviado a la órbita en Vostok 1 . Los primeros humanos en escapar de la órbita terrestre baja fueron Frank Borman , Jim Lovell y William Anders en 1968 a bordo del Apolo 8 estadounidense , que alcanzó la órbita lunar [ 212 ] y llegó a una distancia máxima de 377.349 km (234.474 millas) de la Tierra. [ 213 ]       

La primera nave espacial en alcanzar la velocidad de escape fue la soviética Luna 1 , que realizó un sobrevuelo de la Luna en 1959. [ 214 ] En 1961, Venera 1 se convirtió en la primera sonda planetaria. Reveló la presencia del viento solar y realizó el primer sobrevuelo de Venus , aunque se perdió el contacto antes de llegar a Venus. La primera misión planetaria exitosa fue el sobrevuelo de Venus en 1962 por Mariner 2. [ 215 ] El primer sobrevuelo de Marte fue realizado por Mariner 4 en 1964. Desde entonces, las naves espaciales no tripuladas han examinado con éxito cada uno de los planetas del Sistema Solar, así como sus lunas y muchos planetas menores y cometas. Siguen siendo una herramienta fundamental para la exploración del espacio exterior, así como para la observación de la Tierra. [ 216 ] En agosto de 2012, Voyager 1 se convirtió en el primer objeto hecho por el hombre en abandonar el Sistema Solar y entrar en el espacio interestelar . [ 217 ]

Solicitud

Vista desde la Estación Espacial Internacional , que muestra el resplandor amarillo-verdoso de la ionosfera terrestre con la Vía Láctea al fondo.

El espacio exterior se ha convertido en un elemento importante de la sociedad global. Ofrece múltiples aplicaciones que benefician a la economía y a la investigación científica.

La colocación de satélites artificiales en órbita terrestre ha generado numerosos beneficios y se ha convertido en el sector dominante de la economía espacial . Permiten la retransmisión de comunicaciones de largo alcance, como la televisión, proporcionan un medio de navegación precisa y posibilitan la monitorización directa de las condiciones meteorológicas y la teledetección de la Tierra mediante la observación terrestre . Esta última función cumple diversos propósitos, como el seguimiento de la humedad del suelo para la agricultura, la predicción de la escorrentía de agua de los mantos de nieve estacionales, la detección de enfermedades en plantas y árboles, y la vigilancia de actividades militares. [ 218 ] Facilitan el descubrimiento y la monitorización de los efectos del cambio climático . [ 219 ] Los satélites aprovechan la reducción significativa de la resistencia atmosférica en el espacio para mantenerse en órbitas estables, lo que les permite abarcar eficientemente todo el globo, en comparación con, por ejemplo, los globos estratosféricos o las estaciones de gran altitud , que ofrecen otros beneficios. [ 220 ]

La ausencia de aire convierte al espacio exterior en un lugar ideal para la astronomía en todas las longitudes de onda del espectro electromagnético . Esto se evidencia en las imágenes enviadas por el Telescopio Espacial Hubble, que permiten  observar luz de hace más de 13 mil millones de años, casi hasta el momento del Big Bang. [ 221 ] No todos los lugares del espacio son ideales para un telescopio. El polvo zodiacal interplanetario emite una radiación infrarroja cercana difusa que puede enmascarar la emisión de fuentes débiles como los planetas extrasolares. Mover un telescopio infrarrojo más allá del polvo aumenta su efectividad. [ 222 ] De igual manera, un sitio como el cráter Dédalo en la cara oculta de la Luna podría proteger a un radiotelescopio de la interferencia de radiofrecuencia que dificulta las observaciones terrestres. [ 223 ]

Concepto para un sistema de energía solar espacial para transmitir energía a la Tierra [ 224 ]

El profundo vacío del espacio podría convertirlo en un entorno atractivo para ciertos procesos industriales, como aquellos que requieren superficies ultralimpias. [ 225 ] Al igual que la minería de asteroides , la fabricación espacial requeriría una gran inversión financiera con pocas perspectivas de retorno inmediato. [ 226 ] Un factor importante en el gasto total es el alto costo de colocar masa en órbita terrestre: $ 10 000 – $ 32 000 por kg, según una estimación de 2006 (teniendo en cuenta la inflación desde entonces). [ 227 ] El costo de acceso al espacio ha disminuido desde 2013. Los cohetes parcialmente reutilizables, como el Falcon 9 , han reducido el acceso al espacio por debajo de $ 3500 por kg. Con estos nuevos cohetes, el costo de enviar materiales al espacio sigue siendo prohibitivamente alto para muchas industrias. Los conceptos propuestos para abordar este problema incluyen sistemas de lanzamiento totalmente reutilizables , lanzamiento espacial sin cohetes , cables de intercambio de momento y ascensores espaciales . [ 228 ]

Los viajes interestelares tripulados siguen siendo, por el momento, solo una posibilidad teórica. Las distancias a las estrellas más cercanas implican que requerirían nuevos desarrollos tecnológicos y la capacidad de mantener tripulaciones de forma segura durante viajes de varias décadas. Por ejemplo, el estudio del Proyecto Dédalo , que proponía una nave espacial impulsada por la fusión de deuterio y helio-3 , tardaría 36 años en llegar al sistema Alfa Centauri, considerado cercano . Otros sistemas de propulsión interestelar propuestos incluyen velas solares , estatorreactores y propulsión por haz . Los sistemas de propulsión más avanzados podrían utilizar antimateria como combustible, alcanzando potencialmente velocidades relativistas . [ 229 ]

Desde la superficie terrestre, la temperatura ultrafría del espacio exterior puede utilizarse como tecnología de refrigeración renovable para diversas aplicaciones en la Tierra mediante refrigeración radiativa diurna pasiva . [ 230 ] [ 231 ] Esto mejora la transferencia de calor por radiación térmica infrarroja de onda larga (LWIR) a través de la ventana infrarroja de la atmósfera hacia el espacio exterior, reduciendo las temperaturas ambientales. [ 232 ] [ 233 ] Los metamateriales fotónicos pueden utilizarse para suprimir el calentamiento solar. [ 234 ]

En la sociedad

La famosa fotografía del amanecer terrestre , la primera de su tipo tomada por un ser humano.

El espacio exterior, o los cielos , lo extraterrestre, ha sido un lugar imaginado por personas de todo el mundo y a lo largo del pasado, y la era espacial le ha añadido una realidad material. [ 235 ] La cultura de lo extraterrestre es objeto de la astronomía cultural , con sus campos relacionados de arqueoastronomía , historia de la astrología , etnoastronomía e historia de la astronomía . [ 236 ] La presencia de humanos en el espacio ha sido estudiada por la astrosociología y la arqueología espacial .

La especulación sobre la posibilidad de los vuelos espaciales y el advenimiento de la era espacial se ha entrelazado con el pensamiento del utopismo y el colonialismo , [ 237 ] [ 102 ] desarrollando la idea de la colonización espacial , [ 238 ] informando la exploración espacial [ 239 ] y las ideas sobre la vida extraterrestre , [ 240 ] entendiendo la otra como "extraterrestremente" ajena o de otro mundo , [ 241 ] no meramente extraterritorial o periférica , [ 237 ] creando una condición de extraterrestreidad. [ 242 ] Una de las primeras asociaciones del colonialismo con el espacio exterior está documentada desde 1638, cuando John Wilkins sugirió en Un discurso sobre un nuevo planeta que futuros aventureros como Francis Drake y Cristóbal Colón podrían llegar a la Luna y que la gente viviera allí. [ 243 ]

Los vuelos espaciales, a su vez, han impactado la percepción del mundo, particularmente a través de la observación de la Tierra . Esto ha dado lugar al efecto de perspectiva y a la alegría de contemplar la Luna al abandonar la Tierra. Se ha reconocido que el movimiento ambientalista se ha inspirado especialmente en la observación de la Tierra e imágenes como la de la Canica Azul . [ 244 ]

Véase también

Referencias

Citas

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