Karmánova hranice: Tam, kde začíná vesmír

V dnešní době se kosmické lodě vydávají na své mise do vesmíru čím dál častěji. Stejně tak se do budoucna uvažuje o prvních vesmírných turistech. Aby si však takto vysoko létající “civilisté” zasloužili svá astronautská křídla, budou muset překonat takzvanou Karmánovu hranici (někdy označovanou dlouze jako Kármánovu hranici) či linii. Tato hranice se nachází asi 100 kilometrů nad zemským povrchem a je obecně přijímána jako místo, kde končí Země a začíná vesmír.

Kde začíná vesmír?

Z kosmického hlediska je 100 km co by kamenem dohodil. Je to prakticky vzdálenost z Ostravy do Olomouce (plus mínus). Nachází se také hluboko v sevření zemské ohromující gravitační síly a rozlehlé atmosféry. Jak tedy odborníci přijali toto relativně blízké místo za určující hranici mezi Zemí a vesmírem? Odpověď je částečně založena na fyzikální realitě a částečně na libovolném lidském konstruktu. Proto vědci debatují o přesné nadmořské výšce, kde začíná vesmír, už od doby, než lidstvo vůbec vyslalo první kosmickou loď na oběžnou dráhu.

Co je Kármánova hranice?

Jiní odborníci naznačují, že skutečná hranice mezi Zemí a vesmírem leží kdekoli od pouhých 30 km nad povrchem až po více než 1,6 milionu km. Karmánova hranice je založena na fyzikální realitě v tom smyslu, že zhruba označuje nadmořskou výšku, kde tradiční letadla již nemohou efektivně létat. Cokoli, co se pohybuje nad touto hranicí, potřebuje pohonný systém, který se nespoléhá na vztlak generovaný zemskou atmosférou. Vzduch je v tak vysoké výšce prostě příliš řídký. Jinými slovy, Kármánova linie je místem, kde se fyzikální zákony řídící schopnost letadel létat, mění.

Neexistují žádné národní hranice, které by zasahovaly do vesmíru. Na Karmánovu hranici se pohlíží spíše jako na mezinárodní vody. Stanovení hranice vesmíru je tedy mnohem víc než jen sémantika toho, koho lze označit za astronauta. Organizace spojených národů tak historicky akceptovala Kármánovu linii jako hranici vesmíru.

Theodore von Kármán

Kármánova hranice je pojmenována po maďarském průkopníkovi v leteckém průmyslu Theodorovi von Kármánovi. V letech kolem první světové války tento inženýr a fyzik pracoval mimo jiné na raných návrzích vrtulníků.

V roce 1930 se von Kármán přestěhoval do Spojených států a stal se expertem na rakety a nadzvukové lety během druhé světové války. Nakonec, v roce 1944, Kármán a jeho kolegové založili JetPropulsion Laboratory, nyní přední laboratoř v rámci amerického Národního úřadu pro letectví a vesmír (NASA).

Kromě hraniční linie vesmíru je von Kármánovo jméno spojeno s řadou vědeckých rovnic, zákonů, konstant a leteckých návrhů, stejně jako s oceněním v oboru. Kármánova hranice je však zdaleka jeho nejslavnějším počinem. Prvenství si vysloužil tím, že vypočítal nadmořskou výšku, nad kterou aerodynamický vztlak již nemůže udržet letadlo ve vzduchu.

Další zjištění 

Kármánova hranie je všeobecně považována za „okraj vesmíru“. Ve skutečnosti je to vnitřní okraj. Zemská atmosféra pokračuje daleko za ním. Vztlak je z velké části generován křídly letadla, když letí vzduchem, čímž vzniká síla, která působí proti hmotnosti letadla a udržuje ho ve vzduchu. Tento koncept však ve vesmíru nefunguje.

Bez dostatečného množství vzduchu není vztlak, a proto se vesmírné lodě obvykle designově nepodobají letadlům. Von Kármán tedy vypočítal, že nejrozumnější hranicí vesmíru je blízko místa, kde orbitální síly převyšují aerodynamické. Takto došel (zaokrouhleně) ke 100 kilometrům.

Von Kármánova původní práce vzešla z konferenční diskuse. První plnohodnotné publikace o hranici vesmíru byly vytvořeny až Američanem G. Haleyem – prvním světovým praktikem kosmického práva. Na začátku 60. let 20. století Haley aplikoval von Kármánova kritéria (orbitální síly převyšující aerodynamické síly). Určil, že skutečná hranice vesmíru je přibližně 84 km nad zemí. Tato výška odpovídá mezopauze, což je nejvzdálenější fyzická hranice zemské atmosféry, kde meteority obvykle shoří.

Zajímavosti

Karmánova hranice spadá do spodní části termosféry Země, která téměř hraničí s její mezosférou. V těchto výškách se vyskytuje například polární záře. 

Karmánova hranice leží výše než „hranice bezpečného (též nebezpečného) návratu“. Za ní, v případě problémů, raketoplány startující ze země, provedou tzv. manévr Abort to Orbit. Jde o manévr, kdy je raketoplán naveden na bezpečnou oběžnou dráhu kolem Země, avšak podstatně nižší než byla plánovaná).

Komerční lety, které přesáhnou Karmánovu hranici, mají nárok na označení vesmírné lety, jejich pasažéři pak mohou být označeni za vesmírné turisty. Ve Spojených státech se používá pro hranici kosmického prostoru výška 50 mil (cca 80 km). Po jejím překročení pak vzniká nárok na statut astronaut.

Zdroje: 

McDOWELL, J. The Edge of Space. 

EDSON, L. Theodore Von Kármán: The Wind and Beyond.

www.nationalgeographics.com