חלל

Gnome-colors-edit-find-replace.svgיש לשכתב ערך זה. הסיבה לכך היא: בעיות ניסוח, חוסר במקורות.
אתם מוזמנים לסייע ולתקן את הבעיות, אך אנא אל תורידו את ההודעה כל עוד לא תוקן הדף. אם אתם סבורים כי אין בדף בעיה, ניתן לציין זאת בדף השיחה.
Incomplete-document-purple.svgיש להשלים ערך זה: בערך זה חסר תוכן מהותי. ייתכן שתמצאו פירוט בדף השיחה.
הנכם מוזמנים להשלים את החלקים החסרים ולהסיר הודעה זו. שקלו ליצור כותרות לפרקים הדורשים השלמה, ולהעביר את התבנית אליהם.
הגבולות בין פני השטח של כדור הארץ וחלל החיצון, בקו קרמן, 100 ק״מ ואקסוספירה ב־690 קילומטר. לא בקנה מידה.

החלל החיצון, או בקיצור החלל, הוא ריק הקיים בין גופים שמימיים, הכולל את כדור הארץ.[1] הוא אמנם לא ריק לגמרי, אבל מורכב מואקום חזק המכיל צפיפות נמוכה של חלקיקים, בעיקר פלזמה של מימן והליום, כמו כן גם קרינה אלקטרומגנטית, שדות מגנטיים, ונייטרינו. תצפיות הוכיחו לאחרונה כי החלל מכיל גם חומר אפל ואנרגיה אפלה. הטמפרטורה הבסיסית, שנקבעת על ידי קרינת רקע שנותרה מהמפץ הגדול, היא רק 2.7 קלווין, (270.45- מעלות צלזיוס) לשם השוואה הטמפרטורות בהילת השמש יכולות להגיע ליותר ממיליון קלווין. פלזמה עם צפיפות נמוכה מאוד (פחות מאטום מימן אחד לכל מטר מעוקב) וטמפרטורה גבוהה (של מיליוני קלווין) במרחב שבין גלקסיות נחשבות החומר הבאריוני (הרגיל) בחלל החיצון; ריכוזים מקומיים התמצו לכוכבים וגלקסיות. החלל הבין גלקטי תופס את רוב הנפח של היקום, אבל אפילו גלקסיות ומערכות כוכבים, מורכבות כמעט כולן מחלל ריק.

אין גבול ידוע שבו חלל מתחיל. עם זאת קו קרמן, בגובה של 100 קילומטר מעל גובה פני הים מציין באופן קונבנציונלי את תחילת החלל החיצון למטרות אמנות חלל ושמירת רשומי חלל. המסגרת לחוק החלל הבינלאומי הוקמה על ידי אמנת החלל החיצון, והתקבלה על ידי האו"ם בשנת 1967. הסכם זה מונע כל תביעה של ריבונות לאומית ומאפשר לכל המדינות לחקור את חלל החיצון בחופשיות. בשנת 1979, אמנת הירח שייכה משטחים של אובייקטים כגון כוכבי לכת, כמו גם חלל ההקפה סביב גופים אלה, לתחום שיפוט של הקהילה הבינלאומית. החלטות נוספות הנוגעות לצורכי השלום של חלל החיצון נוסחו על ידי ארגון האומות המאוחדות, אך אלו לא מנעו פריסת נשק בחלל החיצון, ואף בדיקה חיה של נשק נגד לוויינים.

בני אדם החלו במחקר החלל במהלך המאה ה־20, עם כניסת הכדור פורח בגובה רב, ואחריו הפיתוח של משגרי רקטות בודדות ורבי שלבים. מסלול סביב כדור הארץ הושג על ידי יורי גגארין בשנת 1961 וחלליות לא מאוישות מאז הגיעו אל כל כוכבי לכת המוכרים במערכת השמש. השגת מסלול לווייני נמוך דורש מהירות מינימאלית של 28,100 ק"מ / שעה, הרבה יותר מהר מאשר כל מטוס רגיל. החלל החיצון מייצג סביבה מאתגרת לחקר אנושי בגלל הסכנות הכפולות של ואקום וקרינה. למחסור בכוח משיכה יש השפעות פיזיות מזיקות על הגוף האנושי, כגון ניוון שרירים ואיבוד מסת עצם. מסע בחלל עד כה הוגבל למסלול נמוך סביב כדור הארץ וטיסה מאוישת לירח; יתר החלל החיצון נותר בלתי נגיש לבני אדם, אלא על ידי התבוננות פסיבית עם טלסקופים.

גילוי

ב־350 לפני הספירה הפילוסוף היוני אריסטו הציע שהטבע מתעב ריק, העיקרון הזה נודע בשם  אימת הריק (horror vacui). רעיון זה נבנה על בסיס טיעון אונטולוגי מהמאה ה־5 לפנה״ס של הפילוסוף היוני פרמנידס, שדחה את אפשרות הקיום של ריק בחלל.[2] על סמך הרעיון שריק לא יכול להתקיים הניחו במערב במשך מאות שנים שהחלל אינו יכול להיות ריק.[3] רעיון זה החזיק מעמד משך זמן רב, עוד במאה ה־17, הפילוסוף הצרפתי רנה דקארט טען שהחלל חייב להיות מלא.[4]

בסין העתיקה היו מספר סגנונות מחשבה שונים בנוגע לטבע השמים, חלק עם דמיון להבנה המודרנית של היום. במאה ה־2 לספירה האסטרונום ג'אנג הנג השתכנע שהחלל חייב להיות אינסופי, שנמשך מעבר למנגנון שתומך בשמש והכוכבים. בספרים ששרדו נאמר שהשמים חסרי גבול ״ריקים וחסרי תוכן״. כמו כן, ה״שמש; ירח; וחברתם הכוכבים; צפים בחלל הריק, נעים או עומדים במקום.״[5]

המדען האיטלקי גלילאו גליליי ידע שלאוויר יש מסה ולכן כפוף לכוח הכבידה. ב־1640, הוא הדגים שכוח מתנגד ליצירה של ריק. למרות זאת תלמידו אוונג'ליסטה טוריצ'לי היה זה שהצליח ליצור את המכשיר שהפיק ריק בשנת 1643. הניסיון הזה הביא ליצירת ברומטר הכספית הראשון ויצר סנסציה מדעית באירופה. המתמטיקאי הצרפתי בְּלֶז פסקל הסיק שאם עמודת הכספית (בברומטר) נתמכה באוויר אז היא תהיה קצרה יותר במקום גבוה יותר שבו לחץ האוויר נמוך.[6] ב-1648 גיסו פלורין פרייה חזר על הניסון בהר פוי דה דום (גובהו 1,465 מ׳) שבמרכז צרפת וגילה שהעמודה נהייתה קצרה בכ־7.62 ס״מ. הירידה בלחץ מודגמת שוב בנשיאת בלון חצי־מלא במעלה ההר, בזמן העלייה ניתן לראות את הבלון מתרחב בהדרגה ומתכווץ בהדרגה בזמן הירידה.[7]

ב־1650 המדען הגרמני אוטו פון גריקה הרכיב את משאבת הריק הראשונה: מכשיר שהפריך עוד יותר את עיקרון אימת הריק. הוא צדק כשכתב שהאטמוספירה של כדור הארץ מקיפה את כוכב הלכת כמו קליפה, בעלת צפיפות שפוחתת בהדרגה עם גובה. הוא הסיק שחייב להיות ריק בין כדור הארץ והירח.[8]

בחזרה למאה ה־15 חוקר הדתות ניקולאוס קוזאנוס שיער שהיקום חסר מרכז והיקף. הוא האמין שהיקום, אף על פי שאינו אינסופי, חסר גבולות שבהם ניתן להכילו.[9] רעיונות אילו הביאו להשערות בקשר למימד האינסופיות של החלל על ידי הפילוסוף האיטלקי ג'ורדנו ברונו במאה ה־16. הוא הרחיב את רעיון הקוסמולוגיה ההליוצנטרית של קופרניקוס לתפיסה של יקום אינסופי מלא בחומר שהוא קרא אֶתֶר (aether), שלא יצר התנגדות לתנועותם של גופים שמימים.[10] הפילוסוף האנגלי ויליאם גילברט הגיע למסקנה דומה, הוא טען שהכוכבים נראים לנו רק מפני שהם מוקפים באֶתֶר דק או ריק.[11] מקור תפיסת האֶתֶר הוא פילוסופים יונים עתיקים, כולל אריסטו, אשר הגו אותו כתווך דרכו גופים שמימים נעים.[12]

הרעיון של יקום מלא באֶתֶר מפיץ אור נשאר פופולרי בקרב כמה מדענים עד תחילת המאה ה־20. הסוג הזה של אֶתֶר היה נראה כתווך דרכו אור יכול להתפזר.[13] ב־1887 ניסוי מייקלסון־מורלי ניסה להבחין בתנועת כדור הארץ דרך האֶתֶר על ידי התבוננות בשינויים במהירות האור לפי כיוון של תנועת כוכב הלכת.

עם זאת, תוצאת האפס הצביעה שמשהו היה לא בסדר עם הרעיון. הרעיון של האֶתֶר מפיץ האור לאחר מכן ננטש והוחלף על ידי תורת היחסות הפרטית של אלברט איינשטיין, אשר מחזיקה שמהירות האור בריק היא קבועה ולא תלויה בתנועתו של הצופה או מסגרת התייחסות.[14][15]

האסטרונום המקצועי הראשון שתומך ברעיון של יקום אינסופי היה תומאס דיגס האנגלי ב־1576.[16] אבל קנה המידה נשאר לא ידוע עד מדידת המרחק המוצלחת הראשונה לכוכב סמוך בשנת 1838 על ידי האסטרונום הגרמני פרידריך בסל, שהראה שלכוכב 61 בברבור היה פָּרָלַקְסָה (שינוי מדומה במיקומו של עצם עקב שינוי במיקומו של הצופה) של 0.31 שנית־קשת (בהשואה לערך המודרני של 0.287). זה שווה למרחק של יותר מ־10 שנות־אור.[17] המרחק לגלקסיית אנדרומדה נקבע על ידי האסטרונום האמריקני אדווין האבל ב־1923 לפי מדידת בהירות של משתנים קפאידים בגלקסיה, טכניקה חדשה זו התגלתה על ידי הנרייטה ליוויט.[18] זה קבע כי גלקסית אנדרומדה, ובהרחבה כל הגלקסיות נמצאות הרבה מחוץ לשביל החלב.[19]

האומדן הידוע המוקדם ביותר של טמפרטורה בחלל החיצון על ידי הפיזיקאי השווייצרי שארל אדואר גיום בשנת 1896. על ידי שימוש בקרינה המשוערת של כוכבי הרקע הוא הגיע למסקנה כי החלל חייב להיות מחומם לטמפרטורה של 5–6 קלווין. הפיזיקי הבריטי ארתור אדינגטון עשה חישוב דומה והפיק טמפרטורה של 3.18 מעלות בשנת 1926. ב־1933 הפיזיקאי גרמני אריך רגנר השתמש בכלל האנרגיה שנמדדה לקרניים קוסמיות בשביל להעריך טמפרטורה גלקטי של 2.8 קלווין.[21]

התפיסה המודרנית של החלל החיצון על בסיס קוסמולוגית ״המפץ הגדול״, הוצעה לראשונה בשנת 1931 על ידי הפיזיקי הבלגי ז'ורז' למטר.[22] תאוריה זו גורסת כי מקורו של היקום הנצפה בצורה מאוד דחוסה שמאז עברה התרחבות מתמדת. האנרגיה הרקע שהשתחררה בהתרחבות הראשונית הפחיתה בקצב קבוע, הובילה ב־1948 על ידי פיזיקאים האמריקאים רלף אלפר ורוברט הרמן לחיזוי של 5 קלווין לטמפרטורה של החלל.[20]

המושג החלל החיצון היה בשימוש כבר ב־1842 ידי המשוררת האנגליה אמלין סטיוארט־ורטלי בשירה "הנערה של מוסקבה".[23] הביטוי החלל החיצון שימש כמונח אסטרונומי על ידי אלכסנדר פון הומבולדט ב־1845.[24] המושג נעשה פופולרי בכתביו של הרברט ג'ורג' ולס ב־שנת 1901.[25] המושג הקצר יותר חלל ישן יותר והתייחס לחלקה מעל לשמי כדור הארץ והיה בשימוש לראשונה בספרו של ג'ון מילטון גן העדן האבוד, שנת 1667.[26]