地球はどこで終わり、宇宙はどこで始まるのでしょうか? カルマン線は答えの 1 つにすぎません。

宇宙船が地球の表面から打ち上げられると、最終的には地球の領空を離れ、宇宙空間に入ります。その境界が正確にどこにあるのかについては議論の余地があります。

多くの専門家は、宇宙の境界として、従来の航空機がそれ以上飛行できない高度を境界とする「カーマンライン」と呼ばれるものを挙げています。この線は、地球の表面から約 62 マイル上空に設定されることが多いです。

この数字は実用的には多用されるが、その科学的正確性は疑問視されてきた。宇宙の端に正確な値を割り当てることは決して簡単ではない。

「科学では、私たちが引く境界線は、自然界に正確には存在しません」と、ハーバード大学とスミソニアン天体物理学センターの天体物理学者、ジョナサン・マクドウェルは言います。「境界線が存在するのは、ある量が短い距離で非常に急速に変化する場所です。そして、それは大気圏のこの端に当てはまります。しかし、宇宙を何と呼ぶか​​、地球を何と呼ぶか​​は、物理学によって強制されたものではなく、人間の決定です。」

地球の終わりと宇宙の始まりを決めることの意味は、旅行者が宇宙飛行士の資格を得られるかどうかだけにとどまらない。航空交通は通常、国家レベルで規制されており、各国は自国の領土の上空を管制している。例えば、低空飛行をしすぎると、意図せず国際紛争を引き起こす可能性がある。

しかし、「宇宙は本質的に地球規模のものです」とマクドウェル氏は言う。宇宙にはさまざまな国際条約が適用されます。衛星を打ち上げる国が増え、民間の宇宙飛行会社が弾道宇宙観光産業を構築するにつれて、地球の空域と宇宙空間を区別することがますます重要になってきています。

カルマン線の背後にある物理学

カルマン線は物理学に基づいており、地球の大気のさまざまな高度における特性が航空機の飛行能力にどのように影響するかを説明しています。飛行機が空中にとどまるのは、主に翼が地球の大気の厚さに対して生み出す揚力によるものです。しかし、高度が上がるにつれて大気は薄くなります。ある地点では、空気が従来の航空機には薄すぎるため、その高度を超える航空機は、空中にとどまるためにロケットなどの推進システムが必要になります。この区別がカルマン線です。

この路線は、1881年にハンガリーで生まれたエンジニア兼物理学者のセオドア・フォン・カルマンにちなんで名付けられました。彼は第二次世界大戦中にロケットの著名な専門家となり、米国のジェット推進研究所の共同設立者となりました。彼は、航空機が飛行するために推進システムを使用する必要がある高度を初めて計算した人物として知られています。

フォン・カルマンは当初、境界線を海抜およそ 50 マイルと計算しました。しかし、今日では、カルマン線は高度約 62 マイル、つまり 100 キロメートルと定義されるのが一般的です。実際、航空宇宙の基準と記録を管理する機関である国際航空連盟も、宇宙の始まりを定義するのにこの数字を使用しています。

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マクドウェル氏によると、100キロメートルという概算の数字の背景にあるのは、大気の変動性のため境界を正確に定義することはできないということだ。

しかしマクドウェル氏は、それが事実かどうか確信が持てなかった。そこで同氏は、2018年にActa Astronautica誌に発表した論文で、カルマン線の歴史と計算を再検証した。同氏は、フォン・カルマン氏の当初の計算がこれまで考えられていたよりも正確であり、大気モデルの数十年にわたる進歩により、変動は当初の52マイルの計算からおそらく数マイル以内であることを発見した。

カルマン線は宇宙の唯一の可能性のある端ですか?

マクドウェル氏によると、地球と宇宙の境界を定義する他の特徴を提唱する科学者もいる。例えば、地球の軌道上で衛星が再突入時に分解する領域などだ。「これもまた、80～90キロメートルの範囲であることが判明しました」と同氏は言う。これはマイルに換算すると50マイル台になる。

連邦航空局を含む多くの米国機関も、通常、50マイルを境界として使用しています。FAAと空軍は、実際に高度50マイル以上を飛行する人に宇宙飛行士の翼を授与しています。（ただし、2021年にFAAが商用宇宙ミッションへの旅行者の貢献に関する基準を追加したため、商用飛行機の乗客全員が翼を獲得できるわけではありません。）

しかし、NASAのミッションコントロールは異なるアプローチをとっている。空気力学的揚力に注目する代わりに、NASAは宇宙から地球の空域への再突入地点を、大気抵抗が顕著になる高度約76マイルと定義している。

マクドウェル氏は、宇宙の境界として考えられる他の境界もあると示唆する。その一つがアームストロング限界で、これは初期のアメリカの航空宇宙医学の医師、ハリー・G・アームストロングにちなんで名付けられたもので、低気圧から宇宙服を着用して保護しない限り、人間の血液が沸騰する高度、約11～12マイルの高度である。

「基準が何であるべきかについては、あらゆる種類のゲームをすることができます」とマクドウェルは言います。

マクドウェル氏によると、もうひとつは冗談のようなものだという。宇宙で叫んでも誰にも聞こえないリプリーラインだ。その境界線の高度を「非常に大まかに」計算すると数百マイルになるが、「完全に間違っている可能性も十分にある」という。

他の惑星の宇宙の端はどこにあるのでしょうか?

惑星がどこで終わり、宇宙がどこで始まるかという疑問は、他の世界にも当てはめることができるとマクドウェルは言う。火星のような世界には、大気（地球よりは薄いが）があるため、一種のカルマン線が存在する可能性があると彼は示唆する。しかし、たとえば月には大気がない。ということは、月は完全に宇宙にあるということか？それとも、重力による境界など、考慮すべき別の種類の境界があるのだろうか？

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「将来、ご存知のとおり、ルナ シティができて、そこから月周回軌道に飛び立つとき、どの時点で地元の航空管制から深宇宙管制に引き継がれるのでしょうか」と彼は言う。あるいは、「地元の飛行や地元のアスリートが月の重力に向かって非常に高くジャンプすることと、宇宙交通と見なされるものとの違いをいつ考慮する必要があるのでしょうか」。

マクドウェル氏は、現在有人宇宙飛行の目標となっている場所についてそのような境界を定めることには実際的かつ論理的な理由があるが、明確な定義を設ける別の理由もあると語る。

「定義は、研究対象についてどう考えるかを理解するのに役立ちます」と彼は言います。「定義は、質問を別の方法で組み立てるのに役立ちます。これらの概念は進化します。ある種のものについて理解が深まるにつれて、それについて尋ねる新しい質問が生まれます。」