Espace (cosmologie)

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Les frontières entre la surface de la Terre et l'espace

L'espace désigne les zones de l'Univers situées au-delà des atmosphères et des corps célestes.

Il s'agit donc de l'étendue de densité quasi nulle qui sépare les astres. On parle aussi de vide spatial. On le qualifie quelques fois d'espace interplanétaire, interstellaire (ou intersidéral) et intergalactique pour désigner plus précisément le vide spatial qui sépare respectivement les planètes, les étoiles et les galaxies.

L'espace peut aussi se définir en opposition à l'atmosphère terrestre.

Du fait de l'absence de limite nette de l'atmosphère terrestre, on peut définir de différentes façons la limite entre l'atmosphère et l'espace. La Fédération aéronautique internationale a établi la ligne de Kármán à une altitude de 100 km pour définition effective de cette frontière. Dans le milieu astronautique, une personne qui se déplace au-delà d'une altitude de 80 km est désignée astronaute, cosmonaute, etc. suivant sa nationalité (dans ce cas, la thermosphère est considérée comme la limite de l'atmosphère). L'altitude de 120 kilomètres marque la frontière où les effets atmosphériques lors d'un retour d'orbite deviennent non négligeables.

Limites de l'espace depuis la Terre

Les limites de l'espace depuis la Terre ne seront sans doute jamais établies.

La densité de l'atmosphère et sa composition en fonction de l'altitude évoluent de manière progressive.

• Niveau de la mer - Pression atmosphérique moyenne proche de un bar (conventionnellement 1013 hPa pour le modèle d'atmosphère standard ISO)
• 4,6 km (15 000 pieds) - FAA décrit comme nécessaire l'apport supplémentaire en oxygène pour les pilotes et passagers d'aéronefs
• 5,3 km (17 400 pieds) - La moitié de la masse de l'atmosphère terrestre se situe sous cette altitude
• 5,5 km (18 000 pieds) - 0,5 bar de pression atmosphérique
• 8,8 km (29 035 pieds) - Sommet de l'Everest, point culminant sur Terre
• 9 km (29 500 pieds) - Altitude la moins élevée atteinte usuellement dans les zones polaires par la tropopause
• 16 km (52 500 pieds) - Une combinaison stratosphérique est nécessaire, en l'absence d'un habitacle pressurisé (ou s'il a une défaillance)
• 18 km (59 000 pieds) - Altitude la plus élevée atteinte usuellement dans la zone intertropicale par la tropopause, frontière entre la troposphère et la stratosphère
• 20 km (65 600 pieds) - L'eau à température ambiante bout à la pression de cette altitude (ce qui n'est pas le cas des fluides corporels humains soumis à une pression différente dans le corps)
• 30 km (98 400 pieds) - Record d'altitude pour un saut humain à partir d'un ballon
• 32 km (105 000 pieds) - Aucun turboréacteur ne peut fonctionner, par manque de pression d'air
• 34,7 km (114 000 pieds) - Record d'altitude pour un vol habité en ballon
• 45 km (148 000 pieds) - Aucun statoréacteur ne peut fonctionner, par manque d'oxygène
• 50 km (164 000 pieds) - Frontière entre la stratosphère et la mésosphère
• 53 km (174 000 pieds) - Record d'altitude pour un vol inhabité en ballon
• 80 km (262 000 pieds) - Frontière entre la mésosphère et la thermosphère, c'est donc ici que débute la ionosphère
• 100 km (328 084 pieds) - "Ligne Kármán", qui définit la limite de l'espace selon la Fédération aéronautique internationale. Les surfaces aérodynamiques ne fonctionnent plus par l'absence de pression atmosphérique
• 120 km (400 000 pieds) - Premiers effets notables de l'atmosphère lors de retours de vols en orbite
• 200 km - Orbite la plus basse permettant une stabilité sur le court terme (quelques jours)
• 350 km - Orbite la plus basse permettant une stabilité sur le long terme (quelques années)
• 690 km - Frontière entre la thermosphère et l'exosphère

Types d'espace

• Espace cislunaire
• Espace interplanétaire
• Espace interstellaire (ou intersidéral)
• Espace intergalactique

Température dans l'espace

Une idée reçue erronée veut que la température spatiale soit au zéro absolu (erreur reprise par exemple dans le jeu vidéo Mass Effect 1).

La température est une façon d'évaluer l'état de vibration des atomes. Lorsqu'un bombardement de photons (comme les rayons du Soleil) chauffent un corps, ces photons entrent en collision avec les atomes. La vitesse de rotation des électrons autour du noyau augmente, et leur orbitale s'irrégularise, ce qui provoque une vibration de l'atome, qui occupe alors davantage d'espace. C'est ce qui explique par exemple l'augmentation du volume des gaz lorsqu'ils sont chauffés.

Ces vibrations sont ensuite transmises aux atomes contigus, ce qui propage la chaleur. En utilisant un thermomètre pour mesurer la chaleur, on transmet ces vibrations atomiques au mercure (ou gadolinium) du thermomètre, qui occupe alors plus d'espace, et ainsi monte dans la colonne pour indiquer la température.

Dans le vide spatial, la densité en atomes est très faible, de l'ordre de 1 atome par centimètre cube, voire moins. La transmission de chaleur par contiguïté est donc rare, la chaleur provient essentiellement des corps stellaires dont les photons nous parviennent. De plus, en l'absence d'atmosphère et de bouclier magnétique protecteur, les irradiations de spectres à haute énergie (X et gamma) sont fréquentes.

Dans l'espace, la température est donc impossible à chiffrer précisément. Elle est très variable selon le lieu où l'on se trouve et surtout selon l'éclairage de ce lieu, allant par exemple de une ou deux centaines de degrés en dessous de zéro si l'on se trouve dans une zone d'ombre, jusqu'à plusieurs centaines voire milliers de degrés au-dessus si l'on est à proximité directe d'une étoile. Mais jamais elle n'atteint le zéro absolu, car les électrons d'un atome ne s'arrêtent pas de tourner lorsque celui-ci est plongé dans un vide absolu.

Le zéro absolu est la température théorique inatteignable à partir de laquelle les électrons sont totalement immobiles autour du noyau. Il est l'équivalent de la température de Planck pour le froid. Le zéro absolu est donc un état de l'atome, et non un ressenti. Par exemple, pour s'approcher du zéro absolu, on utilise le refroidissement par laser, dans lequel on calibre 6 lasers face à face deux par deux dans les 3 dimensions de l'espace. Le point créé par le croisement de tous les lasers est tellement bombardé de photons que l'atome piégé dedans est presque immobile. On obtient ainsi un atome extrêmement « froid », alors que les lasers de refroidissement sont très « chauds ».

Voir aussi

• Géostratégie et militarisation de l'espace
• commons:Category:Hubble images
• Astronomie
• Aérospatiale
• Astronautique
• Colonisation de l'espace
• Vent planétaire
• Vent solaire

Liens externes

• (fr) Agence Spatiale Européenne
• Centre National d'Etudes Spatiales

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