خط كارمان بالإنگليزية: Kármán line هوخط يقع على ازدياد 100 كيلومتر (62 ميل) فوق الأرض من منسوب سطح البحر، وعادة يستخدم للتفرقة بين الغلاف الجوي للأرض والفضاء الخارجي. هذا هوالتعريف الذي يقره الاتحاد الدولي للملاحة الجوية (FAI) (بالفرنسية: Fédération Aéronautique Internationale ‏)، وهى هيئة لوضع المعايير الدولية وحفظ السجلات فيما يتعلق بالملاحة الجوية والفضائية.

سمي هذا الخط باسم الفيزيائي والمهندس المجري-الأمريكي "تيودور فون كارمان" 1881-1963 الذي كان يعمل في مجال الملاحة الجوية والفضائية. وكان كارمان هوأول من حسب أنه حول ذلك الارتفاع (100 كيلومتر) يصبح الغلاف الجوي رقيقاً جداً لأغراض الملاحة الجوية (لأن أي مركبة عند هذا الارتفاع يفترض أن تضطر حتى تطير بسرعة أسرع من السرعة المدارية لكى تستخلص من الجوقوة حمل هوائي كافية تمكنها من دعم نفسها، مع إهمال قوة الطرد المركزي). أيضاً، عند اجتياز ذلك الخط من الفضاء الخارجي إلى الأرض تحدث زيادة مفاجئة في الحرارة الجوية والتفاعل مع الإشعاع الشمسي.^{[بحاجة لمصدر]}

تعريف

الجولا ينتهي فجأة عند أي علومعين، ولكنه يصبح أرق تدريجياً مع الارتفاع. بالاضافة لذلك، يمكن حتى يختلف تعريف "حد الفضاء" إلى حد كبير باختلاف تعريف الطبقات المتنوعة التي تشكل الفضاء حول الأرض (وتبعاً لإذا ما كانت تلك الطبقات تعتبر جزءاً من الغلاف الجوي العملي): إذا كان للمرء حتى يعتبر طبفتى الثيرموسفير وإكزوسفير معاً يشكلان جزء من الغلاف الجوي وليس من الفضاء، فيمكنه حتى يبسط الحدود مع الفضاء إلى ما لا يقل عن 10,000 كم (6,200 ميل) فوق مستوى سطح البحر. وبالتالي فإن خط كرمان يصبح مجرد تعريف اعتباطي مبنى على أساس الاعتبارات التالية:

أى طائرة لا يمكنها حتى تظل في السماء إلا إذا كان تتحرك باستمرار إلى الأمام بالنسبة للهواء المحيط بها (سرعة الطيران لا تعتمد على السرعة بالنسبة للأرض)، بحيث تتمكن الأجنحة من توليد قوة حمل. وحدثا كان الهواء أرق (أقل كثافة)، تحتم على الطائرة حتى تتحرك أسرع لتوليد قوة حمل تكفى لأن تظل عاليه في الهواء.

إذا كان معامل الحمل للجناح عند زاوية هجوم محددة معروفاً (أومقدراً باستخدام منهج مثل نظرية الجنيح الرفيع)، فانه يمكن ثم تحديد قوة الحمل المتولدة لظروف تدفق محددة باستخدام المعادلة التالية:

${\displaystyle L={\tfrac {1 {2 \rho v^{2 AC_{L$

حيث أن

L هى قوة الحمل

ρ هى كثافة الهواء

v هى السرعة بالنسبة للهواء

A هى مساحة الجناح،

C_L هومعامل الحمل عند زاوية هجوم مطلوبة، ورقم ماخ، وعدد رينولدز محددين.

يتضح من المعادلة السابقة حتى قوة الحمل (L) المتولدة تتناسب طردياً مع كثافة الهواء (ρ). فمع بقاء جميع العوامل الأخرى المؤثرة في قوة الحمل ثابته (لا تتغير)، لابد لسرعة الطيران الحقيقية (السرعة الجوية) (V) حتى تزيد لتعويض النقص في كثافة الهواء (ρ) عند ارتفاعات أعلى.

أيضاً، أى مركبة فضائية تدور حول الأرض لا يمكنها حتى تظل في السماء إلا إذا كانت مُرَكَبَة الطرد المركزي لحركتها حول الأرض كافية لتُوَازِن قوة السحب إلى أسفل الناتجة من الجاذبية. فإذا تحركت أيما أبطأ، فإن سحب الجاذبية سيتسبب في انخفاض تدريجي لارتفاعها. ويطلق على السرعة المطلوبة لبقاء المركبة الفضائية في مدارها حول الأرض السرعة المدارية، وهى تختلف باختلاف ازدياد المدار. تبلغ السرعة المدارية لمحطة الفضاء الدولية أولمكوك فضائي، في المدار الأرضي المنخفض، حوالي 27,000 كيلومتر في الساعة (17,000 ميل في الساعة).

فاذا تخيلنا طائرة تحاول حتى تطير أعلى وأعلى، والهواء يرق من حولها ويعطيها قوة حمل أقل وأقل، مما يحتاج منها سرعة أسرع وأسرع لخلق ما يكفي من قوة حمل تظل الطائرة عالياً. هناك يفترض أن يأتي ازدياد يتوجب عليها حتى تطير عنده بسرعة شديدة لتوليد قوة الحمل تصل للسرعة المدارية. التصور الفكرى لخط كارمان مبنى على تلك الحالة، فهويُعَرَف بأنه الارتفاع الذي تصبح عنده سرعة الطيران اللازمة لحمل الثقل الكامل لتلك الطائرة طبقاً للدينامية الهوائية مساوية للسرعة المدارية (بافتراض حمولة جناح لطائرة نموذجية). عملياً، حمل الوزن الكامل للطائرة ليس ضرورياً للحفاظ على ارتفاعها لأن انحناء الأرض يضيف قوة حمل اضافية متولدة من الطرد المركزي حدثا اقتربت سرعة الطائرة من السرعة المدارية. إلا حتى تعريف خط كارمان يهمل هذا التأثير الناتج عن الطرد المركزي وإلا لكانت قوة الطرد المتولده اثناء الطيران كافية ضمنياً للحفاظ على أي ازدياد بغض النظر عن كثافة الغلاف الجوي. وبهذاقد يكون خط كارمان هوالارتفاع الذى تستطيع عنده السرعة المدارية حتى تمد الطائرة بقوة حمل هوائى تكفي للحفاظ على الطيران.

أثناء دراسة الملاحة الجوية والفضائية في الخمسينات، قام كارمان بحساب أنه عند أى ازدياد أعلى من 100 كم (62 ميل) تقريباً، سيكون لازماً لأى مركبة حتى تطير أسرع من السرعة المدارية من أجل استخلاص قوة حمل هوائي كافية من الغلاف الجوي لحمل نفسها. ^{[بحاجة لمصدر]} عند هذا الارتفاع، تكون كثافة الهواء حوالى 1/2200000 من كثافتة عند سطح البحر. عند خط كارمان، تحقق كثافة الهواء ρ المعادلة التالية:

${\displaystyle L={\tfrac {1 {2 \rho v_{0 ^{2 AC_{L =mg$

حيث أن

v₀ هى السرعة المدارية

m هى كتلة سفينة الهواء (الطائرة)

g هوالتسارع الناتج عن الجاذبية.

على الرغم من حتى الارتفاع المحسوب لم يكن بالضبط 100 كم، الا حتى كارمان اقترح حتى تكون 100 كم هى الحدود المخصصة للفضاء، بما حتى ذلك العدد المقرب أسهل للتذكر، ولأن الارتفاع المحسوب يتغير في مدى صغير بتغير معايير معينة. وقد زكت لجنة دولية خط ال 100 كم للاتحاد الدولي للملاحة الجوية (FAI)، وفور اعتماده، أصبح مقبولاً على نطاق واسع بوصفه الحدود مع الفضاء في أغراض كثيرة. ومع ذلك، لا يوجد حتى الآن تعريف قانوني دولي لترسيم الحدود بين الفضاء للبلاد والفضاء الخارجي.

وتشكل الطبيعة الديناميكية للغلاف الجوي للأرض عقبة أخرى لتحديد الحدود مع الفضاء بدقة. على سبيل المثال، عند ازدياد 1,000 كم (620 ميل)، يمكن لكثافة الغلاف الجوي حتى تتغير بعامل خمسة، اعتماداً على الوقت من اليوم، والوقت من السنة، مؤشر إيه بي المغناطيسي، وحديثا التدفق الشمسي.^{[بحاجة لمصدر]}

يستخدم الاتحاد الدولي للملاحة الجوية (FAI) خط كارمان لتحديد الحدود بين الملاحة الجوية والفضائية كالآتي:

• الملاحة الجوية — لأجل أهداف الاتحاد الدولي للملاحة الجوية، النشاط الهوائي، بما في ذلك جميع الرياضات الجوية، على بعد 100 كيلومتراً من سطح الأرض
• الملاحة الفضائية — لأجل أهداف الاتحاد الدولي للملاحة الجوية، والنشاط الأعلى من 100 كيلومتر فوق سطح الأرض.

طبقات جوالأرض

طبقا لتقسيم غلاف الأرض توجد أربعة طبقات مختلفة الارتفاع :

• الطبقة السفلي وتسمي تروبوسفير وهي التي تجري فيها الرياح والسحب، * وتعلوها طبقة ستراتوسفير،

• وتعلوها طبقة ميزوسفير وهي تعتبر طبقة متوسطة كما يعبر عنها الاسم، تنتهي الميزوسفير على ازدياد 85 كيلومتر ،

• ثم طبقة ثيرموسفير سميكة، بين ازدياد 85 كيلومتر إلى نحو700 كيلومتر، ترتفع فيها درجة الحرارة من جديد.

بناءا على ذلك يوجد "خط كارمان" في الجزء السفلي لطبقة ثيرموسفير الدافئة، فوق طبقة ميزوسفير.

سبيس شيب 2

من المخطط له طيران الطائرة الصاروخية الصغيرة سبيس شيب توفي رحلة إلى ازدياد "حد كارمان" حاملة طيارين إثنين و6 ركاب في برنامج تقوم به شركة أخلية، وهي فيرجن غالاكتيك. وسيبلغ أقصي ارتفاعل لها تقريبا 110 كيلومترا (68 ميلا) في الطبقة الجوية العليا، نحوعشرة كيلومتر أعلى من خط كارمان. وستصل سرعة المركبة الفضائية الثانية إلى 4200 كم/ساعة باستخدام محرك صاروخ هجين. ستنطلق سبيس شيب 2 التي هي في شكل طائرة صغيرة وتنفصل عل الطائرة الحاملة "وايت نيت 2 " على ازدياد 15 كيلومتر وتواصل رحلة ارتفاعها بمحركها الصاروخي بسرعة تصل إلى 4200 كيلومتر في الساعة (نحو5و3 أضعاف سرعة الصوت وتصل خلال 70 ثانية إلى ازدياد نحو100 كيلومتر ويبدأ الدخول في طبقة ثيرموسفير. عندئذ تقوم بالطيران في قوس علوي في شكل بتر زائد لمدة ثلاثة دقائق تصل خلاله إلى أقصى ارتفاع، وهوازدياد 110 كيلومتر. خلال تلك الثلاث دقائق يشعر الركاب بحالة انعدام الوزن، ويستطيعون مشاهدة السماء سوداء لانعدام الهواء ومشاهدة تقوس الأرض الزرقاء تحتهم بما فيها من بحار ومحيطات ويابس. توجد في المركبة سبيس شيب 2 نوافذ باتساع 33 سنتيمتر إلى 45 سنتيمتر. ثم العودة للأرض بطريقة الطائرة العادية.

السماء على ازدياد 100 كيلومتر

تكسر الغازات المكونة للهواء مثل النتروجين والأكسجين الضوء وتنشر الضوء الأزرق مميزا في الجوعن باقي ألوان الطيف، فتبدوالأرض وحافة أفق السماء باللون الأزرق من ازدياد 100 كيلومتر. وتبدوالسماء على ارتفاعات أعلى من ذلك وتميل رويدا رويد إلى اللون الأزرق الداكن ثم اللون الأسود بسبب قلة الهواء ثم انعدامه على التوالي. ويصبح الفضاء الخارجي أسودا.

اقرأ أيضا

• تروبوسفير

• ايونوسفير
• ميزوسفير

المراجع

وصلات خارجية

• Layers of the Atmosphere – NOAA
• The Kármán Line على يوتيوبmusic video featuring NASA footage
• Article on the Kármán line at the FAI website

نطقب:Earth's atmosphere