宇宙
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宇宙空間は本質的に空なので、ウェッブのファースト・ディープ・フィールド画像のように、最も古い（赤い）銀河を遮るものなく観察することができます。

宇宙空間、あるいは単に宇宙とは、地球の大気圏外、天体間に存在する広大な空間である。[ 1 ]宇宙空間は極めて低密度の粒子を含み、ほぼ完全な真空状態となっている。 [ 2 ]主に水素とヘリウムのプラズマで構成され、電磁放射線、宇宙線、ニュートリノ、磁場、塵が浸透している。ビッグバンからの背景放射線によって決まる宇宙空間の基準温度は、 2.7ケルビン（-270℃、-455℉）である。[ 3 ]

銀河間のプラズマは、宇宙のバリオン（通常）物質の約半分を占めると考えられており、その数密度は1立方メートルあたり水素原子1個未満、運動温度は数百万ケルビンである。[ 4 ]物質の局所的な集中は、星や銀河に凝縮されている。銀河間空間は宇宙の体積の大部分を占めているが、銀河や恒星系でさえほぼ完全に空間で構成されている。観測可能な宇宙に残る質量エネルギーの大部分は、暗黒物質および暗黒エネルギーと呼ばれる未知の形態で構成されている。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

宇宙空間は、地球の表面から一定の高度で始まるわけではない。宇宙条約や航空宇宙記録の保管では、高度100kmのカーマンライン[8] [9]が通常、宇宙空間の始まりとして使われている。上層成層圏と中間圏の特定の部分は、「近宇宙」と呼ばれることもある。国際宇宙法の枠組みは、1967年10月10日に発効した宇宙条約によって確立された。この条約は、いかなる国家主権の主張も排除し、すべての国が宇宙空間を自由に探査することを認めている。宇宙空間の平和利用に関する国連決議が起草されているにもかかわらず、地球軌道上で対衛星兵器のテストが行​​われてきた。

地球と月の間の空間は真空でなければならないという概念は、科学者が高度とともに気圧が低下することを発見した後、17 世紀に初めて提唱されました。宇宙空間の広大なスケールが把握されたのは、アンドロメダ銀河までの距離が初めて測定された 20 世紀です。人類は、同世紀後半、高高度気球飛行の出現により、物理的な宇宙探査を開始しました。これに続いて有人ロケット飛行が行われ、さらに1961 年にソ連のユーリ・ガガーリンが初めて達成した有人地球周回軌道に到達しました。人間を含む物体を宇宙に送り込む経済的コストは非常に高く、有人宇宙飛行は低地球軌道と月に限定されています。一方、無人宇宙船は太陽系の既知の惑星のすべてに到達しています。宇宙空間は、真空と放射線の危険性があるため、有人探査には厳しい環境です。微小重力は人体生理に悪影響を及ぼし、筋萎縮と骨粗鬆症の両方を引き起こします。

用語

「地球の空の向こうの領域」という意味での短縮形「スペース」の使用は、「宇宙空間」という完全な用語の使用に先立って行われ、この意味での使用の最も古い記録は1667年に出版されたジョン・ミルトンの叙事詩「失楽園」である。 [ 10 ] [ 11 ]

外向き空間という用語は、1842年にイギリスの詩人エメリン・スチュアート＝ウォートリー夫人が書いた「モスクワの乙女」という詩に登場したが[ 12 ]、天文学において「外部空間」という用語が初めて用いられたのは1845年のアレクサンダー・フォン・フンボルトであった。[ 13 ]この用語は、 1901年以降、H・G・ウェルズの著作によって広く知られるようになった。[ 14 ]セオドア・フォン・カルマンは、宇宙船が大気の抵抗から十分に自由な状態に達する地球上の高度の空間を自由空間と呼び、それを空域と区別して、国家の主権管轄権が及ばない領土の上空の法的空間であると特定した。この外宇宙の境界線の定義はカルマン線として知られるようになった。[ 15 ]

「宇宙搭載」とは、特に宇宙船によって運ばれる場合、宇宙空間に存在することを意味します。[ 16 ] [ 17 ]同様に、「宇宙ベース」とは、宇宙空間または惑星や衛星に拠点を置くことを意味します。[ 18 ]

形成と状態

鑑賞者の左から宇宙が広がり、鑑賞者に3/4のポーズで面しているアーティストの想像図。
宇宙の膨張のタイムライン。各時点における空間は円形の区画で模式的に表現されている。左側はインフレーションによる劇的な膨張、中央では膨張が加速している（想像図。時間と大きさは実際の縮尺ではない）。

宇宙全体の大きさは未知であり、無限に広がっている可能性がある。[ 19 ]ビッグバン理論によれば、約138億年前の非常に初期の宇宙は非常に高温高密度の状態であり[ 20 ]、急速に膨張した。約38万年後、宇宙は陽子と電子が結合して水素を形成できるほど十分に冷えた。いわゆる再結合期である。これが起こると、物質とエネルギーが切り離され、光子は継続的に膨張する空間を自由に移動できるようになった。[ 21 ]最初の膨張後に残った物質はその後、重力崩壊を起こして星、銀河、その他の天体を作り出し、現在宇宙空間と呼ばれている深い真空を残した。 [ 22 ]光の速度には限界があるため、この理論は直接観測可能な宇宙の大きさを制限する。[ 21 ]

現在の宇宙の形状は、ウィルキンソン・マイクロ波異方性探査機などの衛星を用いた宇宙マイクロ波背景放射の測定によって決定されている。これらの観測結果は、観測可能な宇宙の空間幾何学が「平坦」であることを示している。つまり、ある地点で平行な経路をたどる光子は、局所的な重力を除いて、観測可能な宇宙の限界まで宇宙を移動する際にも平行を維持することを意味する。[ 23 ]平坦な宇宙は、測定された宇宙の質量密度と宇宙の加速膨張と相まって、空間に非ゼロの真空エネルギー、つまりダークエネルギーが存在することを示唆している。[ 24 ]

現在の宇宙の平均エネルギー密度は、ダークエネルギー、ダークマター、バリオン物質（原子で構成された通常の物質）を含めて、1立方メートルあたり5.9個の陽子に相当すると推定されています。原子は全エネルギー密度のわずか4.6%、つまり4立方メートルあたり1個の陽子の密度を占めるに過ぎません。 [ 25 ]宇宙の密度は明らかに均一ではなく、銀河内の比較的高い密度（惑星、恒星、ブラックホールなど銀河内の構造物では極めて高い密度を含む）から、少なくとも目に見える物質の観点からははるかに低い密度の広大な空隙の状態まで変化します。 [ 26 ]物質やダークマターとは異なり、ダークエネルギーは銀河に集中していないようです。ダークエネルギーは宇宙の質量エネルギーの大部分を占めている可能性がありますが、ダークエネルギーの影響は、天の川銀河内の物質やダークマターからの重力の影響よりも5桁小さいです。 [ 27 ]

環境

夜間の地球表面から見た宇宙空間の広視野図。惑星間塵の雲は、黄道光の水平帯として見え、偽の夜明け[ 28 ]（端）と対流光（中央）を含み、天の川が視覚的に横切っている。

宇宙空間は、知られている限りでは完全な真空に最も近い状態です。実質的に摩擦がないため、恒星、惑星、衛星は軌道に沿って自由に運動できます。銀河間空間の深い真空にも物質が存在しないわけではなく、1立方メートルあたり数個の水素原子しか含まれていません。 [ 29 ]比較すると、人間が呼吸する空気には、1立方メートルあたり約10の25乗個の分子が含まれています。 [ 30 ] [ 31 ]宇宙空間の物質密度が低いため、電磁放射は散乱されることなく長距離を移動できます。銀河間空間における光子の平均自由行程は約10の23乗 km、つまり100億光年です。[ 32 ]それにもかかわらず、塵やガスによる光子の吸収と散乱である減光は、銀河天文学および銀河間天文学において重要な要素です。[ 33 ]

恒星、惑星、衛星は重力によって大気を維持している。大気には明確に区切られた上限はなく、大気ガスの密度は物体からの距離が遠ざかるにつれて徐々に減少し、最終的には宇宙空間と区別がつかなくなる。 [ 34 ]地球の大気圧は高度100キロメートル（62マイル）で約0.032パスカルまで低下するが、 [ 35 ]国際純正応用化学連合（IUPAC）の標準気圧の定義では10万パスカルである。この高度を超えると、太陽からの放射圧や太陽風の動圧と比較した場合、等方性ガス圧は急速に無視できるほど小さくなる。この範囲の熱圏は圧力、温度、組成の勾配が大きく、宇宙天気の影響を大きく受ける。[ 36 ]

宇宙空間の温度は、地球上と同様に、ガスの運動活動によって測定されます。 [ 37 ]宇宙空間の放射線はガスの運動温度とは異なり、ガスと放射線は熱力学的平衡状態にありません。[ 38 ] [ 39 ]観測可能な宇宙全体は、ビッグバンの間に生成された光子で満たされており、これは宇宙マイクロ波背景放射(CMB) として知られています。 (これに対応して、宇宙ニュートリノ背景放射と呼ばれる大量のニュートリノも存在する可能性があります。[ 40 ] ) 現在、背景放射の黒体温度は約 2.7 K (-270 °C、-455 °F) です。 [ 41 ]宇宙空間のガス温度は大きく変化する可能性があります。例えば、ブーメラン星雲の温度は1 K（-272 °C; -458 °F）であるが[ 42 ] 、太陽コロナの温度は1,200,000～2,600,000 K（2,200,000～4,700,000 °F）を超える。[ 43 ]

磁場は多くの種類の天体の周囲空間で検出されている。渦巻銀河における星形成は小規模なダイナモを発生させ、5～10 μG程度の乱流磁場強度を生み出す。デイビス・グリーンスタイン効果により、細長い塵粒子が銀河の磁場と整列し、弱い光学偏光が生じる。これは、近隣の複数の銀河に存在する秩序だった磁場を示すために利用されてきた。活動的な楕円銀河における磁気流体力学的プロセスは、特徴的なジェットと電波ローブを生成する。最も遠方の高Z源からも非熱的電波源が検出されており、磁場の存在を示している。[ 44 ]

保護大気と磁場の外では、宇宙線として知られる高エネルギーの素粒子が宇宙空間を通過するのを妨げるものはほとんどありません。これらの粒子のエネルギーは、約10 6 eVから、極めて高い10 20  eVの超高エネルギー宇宙線までの範囲です。[ 45 ]宇宙線のピーク束は約10 9  eVのエネルギーで発生し、その内訳は陽子が約87%、ヘリウム原子核が12%、より重い原子核が1%です。高エネルギー領域では、電子の束は陽子の約1%に過ぎません。[ 46 ]宇宙線は電子部品を損傷し、宇宙飛行士の健康を脅かす可能性があります。[ 47 ] 

低軌道から船外活動から帰還する際に残留する匂いは、アーク溶接の煙のような焦げた金属臭を帯びています。これは、低軌道の酸素が宇宙服や機器に付着することで発生します。 [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ]宇宙の他の領域では、分子雲中の様々なアルコールのように、非常に異なる匂いがする可能性もあります。[ 51 ]

人間のアクセス

生物学と人体への影響

下半分には、白い雲が点在する青い惑星が描かれています。上半分には、黒い背景に白い宇宙服と操縦装置を身に着けた男性が描かれています。
真空の危険性のため、宇宙飛行士は宇宙船の外にいる間は加圧宇宙服を着用しなければなりません。

過酷な環境にもかかわらず、長期間にわたり極限の宇宙環境に耐えられる生命体がいくつか発見されています。ESAのBIOPAN施設に持ち込まれた地衣類の種は、2007年に10日間の宇宙曝露に耐えました。 [ 52 ]シロイヌナズナとタバコの種子は、1年半の宇宙曝露後に発芽しました。[ 53 ]枯草菌の一種は、地球低軌道または火星模擬環境に曝露された際に559日間生存しました。[ 54 ]

リトパンスペルミア仮説は、生命を宿す惑星から宇宙空間に放出された岩石が、生命体を別の居住可能な惑星へと運ぶ可能性を示唆している。太陽系の歴史初期には、まさにそのようなシナリオが起こり、微生物を含む可能性のある岩石が金星、地球、火星の間で交換されたという仮説もある。[ 55 ]細菌は数百万年も生きることができるため、少なくとも理論的には銀河規模のパンスペルミア現象が発生する可能性がある。[ 56 ]

真空

宇宙における気圧の低さは、人類にとって最も直接的な危険特性である。地球より上空では気圧が低下し、高度約19.14km（11.89マイル）で人体温度の水の蒸気圧に匹敵するレベルに達する。この圧力レベルは、アメリカの医師ハリー・G・アームストロングにちなんでアームストロング線と呼ばれる。[ 57 ]アームストロング線以上では、喉や肺の体液が沸騰して蒸発する。より具体的には、唾液、涙、肺の体液など、露出した体液が沸騰して蒸発する。したがって、この高度では、人間の生存には圧力服、または加圧カプセルが必要となる。[ 58 ]

宇宙では、無防備な人間が急激な減圧などにより突然非常に低い圧力にさらされると、胸部の内外の大きな圧力差により肺が破裂する肺気圧外傷を引き起こす可能性があります。 [ 59 ]被験者の気道が完全に開いたとしても、気管を通る空気の流れが遅すぎて破裂を防ぐことができない場合があります。[ 60 ]急激な減圧により鼓膜や副鼻腔が破裂し、軟部組織にあざや出血が生じ、ショックにより酸素消費量が増加して低酸素症につながる可能性があります。[ 61 ]

急速な減圧の結果、血液中に溶解していた酸素は分圧勾配を均等化しようと肺に流れ込む。酸素を失った血液が脳に到達すると、人間は数秒後に意識を失い、数分以内に低酸素症で死亡する。[ 62 ]血液やその他の体液は圧力が6.3キロパスカル（1psi）以下に低下すると沸騰し、この状態はエブリズムと呼ばれる。[ 63 ]蒸気によって体が通常の2倍の大きさに膨張し、循環が遅くなる可能性があるが、組織は弾力性と多孔質性を備えているため破裂を防ぐことができる。エブリズムは血管の圧力封じ込めによって遅くなるため、一部の血液は液体のまま残る。[ 64 ] [ 65 ]

腫れやエブルリズムは、圧力服で抑えることで軽減できます。1960年代に宇宙飛行士のために設計された伸縮性のあるフィットする衣服であるクルー高度保護服（CAPS）は、2キロパスカル（0.3 psi）という低い圧力でもエブルリズムを防ぎます。[ 66 ]高度8 km（5 mi）では、呼吸に十分な酸素を供給し、水分の損失を防ぐために酸素補給が必要ですが、高度20 km（12 mi）以上では、エブルリズムを防ぐために圧力服が不可欠です。[ 67 ]ほとんどの宇宙服は、地球の表面の酸素分圧とほぼ同じ、約30～39キロパスカル（4～6 psi）の純酸素を使用します。この圧力はエブルリズムを防ぐのに十分な高さですが、血液中に溶解した窒素の蒸発は、管理されなければ減圧症やガス塞栓症を引き起こす可能性があります。[ 68 ]

無重力と放射線

人類は地球の重力下で生活できるように進化してきたため、無重力状態への曝露は人体の健康に有害な影響を与えることが示されています。宇宙飛行士の50%以上が宇宙酔いを経験します。これは、吐き気や嘔吐、めまい、頭痛、倦怠感、全身倦怠感などを引き起こす可能性があります。宇宙酔いの持続時間は様々ですが、通常は1～3日間続き、その後、体は新しい環境に適応します。長期間の無重力状態への曝露は、筋萎縮や骨格の劣化、すなわち宇宙飛行性骨粗鬆症を引き起こします。これらの影響は、運動療法によって最小限に抑えることができます。[ 69 ]その他の影響には、体液の再分配、心血管系の機能低下、赤血球産生の低下、平衡障害、免疫系の弱体化などがあります。より軽微な症状としては、体重減少、鼻づまり、睡眠障害、顔面のむくみなどがあります。[ 70 ]

長期宇宙旅行中、放射線は深刻な健康被害をもたらす可能性があります。高エネルギーの電離宇宙線に被曝すると、疲労、吐き気、嘔吐、免疫系の損傷、白血球数の変化などの症状が現れることがあります。長期間にわたる場合は、がんリスクの増加に加え、目、神経系、肺、消化管への損傷などの症状が現れることがあります。[ 71 ] 3年間の火星往復ミッションでは、宇宙飛行士の体の大部分の細胞が高エネルギー原子核に通過され、損傷を受ける可能性があります。[ 72 ]このような粒子のエネルギーは、宇宙船の壁による遮蔽によって大幅に減少し、水容器などの障壁によってさらに減少する可能性があります。宇宙線が遮蔽物に衝突すると、乗組員に影響を与える可能性のある追加の放射線が発生します。放射線の危険性を評価し、適切な対策を決定するには、さらなる研究が必要です。[ 73 ]

境界

地球の大気が徐々に宇宙空間へと移行していく様子を示すイラスト

地球の大気と宇宙空間の遷移には明確に定義された物理的境界がなく、気圧は高度とともに着実に低下し、ついには太陽風と混ざり合う。実際的な境界については、30 km (19 mi) から 1,600,000 km (990,000 mi) まで、様々な定義が提案されている。[ 15 ] 2009 年には、大気中のイオンの方向と速度の測定が観測ロケットによって行われた。地球から 118 km (73.3 mi) の高度は、荷電粒子が地球の大気の穏やかな風から宇宙空間のより激しい流れに移行する中間点であった。後者の速度は 268 m/s (880 ft/s) をはるかに超えることがある。[ 74 ] [ 75 ]

高高度気球などの高高度航空機は、地球から最大50キロメートルの高度に到達しています。[ 76 ] 2021年まで、米国は高度50マイル（80キロメートル）以上を飛行する人を宇宙飛行士と指定していました。[ 77 ]宇宙飛行士の翼は現在、「飛行中に公共の安全に不可欠な活動を実証した、または有人宇宙飛行の安全に貢献した」宇宙船の乗組員にのみ授与されます。[ 78 ]

空域と宇宙空間の間の領域は「近宇宙」と呼ばれます。この範囲に法的定義はありませんが、通常は高度20～100km（12～62マイル）の範囲を指します。[ 79 ]安全上の理由から、民間航空機の高度は通常12km（7.5マイル）に制限されており、航空航法サービスは18～20km（11～12マイル）までしか利用できません。[ 79 ]この範囲の上限はカーマン線であり、飛行を実現するためには航空力学から天体力学を引き継ぐ必要があります。 [ 80 ]この範囲には、地球の大気圏の成層圏、中間圏、下層熱圏が含まれます。 [ 81 ]

近距離宇宙では、18～160 km（11～99マイル）などのより広い範囲を使用する著者もいます。[ 82 ]これらは、超低軌道での軌道飛行が実用的になる高度まで拡張されます。[ 82 ]宇宙船は、近地点高度が80～90 km（50～56マイル）と低い高度の非常に楕円形の軌道に入り、複数の軌道を周回しました。 [ 83 ]高度120 km（75マイル）では、[ 83 ]降下中の宇宙船は大気抵抗が顕著になり、大気圏に突入します。NASAのスペースシャトルなどの宇宙飛行機では、この段階でスラスタによる操縦から空力制御面による操縦への切り替えプロセスが始まります。[ 84 ]

カルマン線は国際航空連盟によって確立され、国連によって国際的に使用されているが[ 15 ]、航空学と宇宙航行学の境界の暫定的な定義として高度100km（62マイル）に設定されている。この線は、セオドア・フォン・カルマンにちなんで名付けられた。カルマンは、機体が大気圏から十分な揚力を得て自立するためには、軌道速度よりも速く飛行しなければならない高度を主張し[ 8 ] [ 9 ]、その高度は約83.8km（52.1マイル）であると計算した。[ 76 ]この線は、高度より下を航空力学と空域、上を宇宙航行学と自由空間として区別している。[ 15 ]

国家の空域には国際的に認められた法的​​高度制限はないが、この目的ではカルマン線が最も頻繁に用いられている。この制限を高く設定しすぎると、空域侵犯の懸念から宇宙活動が阻害される可能性があるため、反対意見が出されている。[ 83 ]国際法では特定の高度を定めず、ケースに応じて、特に航空機とその目的に基づいて異なる制限を適用すべきだと議論されている。商業および軍事の弾道宇宙飛行の増加により、空域法と宇宙空間法をどこに適用するかという問題が生じている。[ 82 ] [ 80 ]スペースシャトルの例のように、宇宙船は外国の上空30km（19マイル）という低高度を飛行したことがある。[ 76 ]

SM-3ミサイルのような従来の対衛星兵器は、危険な宇宙ゴミを生み出すにもかかわらず、武力紛争法の下では合法のままである。

宇宙条約は、国際宇宙法の基本的な枠組みを提供する。この条約は、国家による宇宙空間の合法的利用を規定し、宇宙空間の定義には月やその他の天体も含まれている。この条約は、宇宙空間はすべての国家が自由に探査でき、国家主権の主張の対象とならないことを規定し、宇宙空間を「全人類の領域」と呼んでいる。人類の共通遺産としてのこの地位は、反対意見がないわけではないものの、すべての国家、特に非宇宙開発国に平等に宇宙空間へのアクセスと共同利用の権利を強制するために利用されてきた。[ 85 ]この条約は、宇宙空間への核兵器の配備を禁止している。この条約は1963年に国連総会で採択され、1967年にソビエト社会主義共和国連邦（ソ連）、アメリカ合衆国（米国）、英国（英国）によって署名された。2017年現在、105カ国が批准または加入している。さらに25カ国が条約に署名したが、批准はしなかった。[ 86 ] [ 87 ]

1958年以来、宇宙は複数の国連決議の対象となってきた。このうち50以上は、宇宙の平和利用における国際協力と宇宙における軍拡競争の防止に関するものである。[ 88 ]国連宇宙空間平和利用委員会では、さらに4つの宇宙法条約が交渉・起草されてきた。しかしながら、宇宙への通常兵器の配備を法的に禁止する規定はなく、米国、ソ連、中国、[ 89 ]そして2019年にはインドによって対衛星兵器の実験が成功している。[ 90 ] 1979年の月に関する条約は、すべての天体（その周りの軌道を含む）の管轄権を国際社会に委ねた。この条約は、現在有人宇宙飛行を行っている国には批准されていない。[ 91 ]

1976年、8つの赤道諸国（エクアドル、コロンビア、ブラジル、コンゴ共和国、ザイール、ウガンダ、ケニア、インドネシア）がコロンビアのボゴタで会合を開き、「赤道諸国第1回会合宣言」（ボゴタ宣言）で、各国に対応する静止軌道区間の支配権を主張した。[ 92 ]これらの主張は国際的に認められていない。[ 93 ]

国際宇宙法と規制においてますます重要になっている問題の一つに、宇宙ゴミの増加による危険性がある。[ 94 ]

地球軌道

ニュートンの砲弾は、物体が地球の周りを曲線で「落ちる」様子を示した図解です。

ロケットが軌道投入のために打ち上げられる際、その推力は重力に抗うと同時に軌道速度まで加速する必要がある。ロケットが推力を停止すると、地球の重力の影響を受けて、円弧状の軌道を描いて地表に戻る。閉軌道では、この円弧は地球を周回する楕円軌道となる。つまり、宇宙船は重力による加速によって、その運動量が宇宙空間へ飛ばされるのを防ぐのにちょうど良い程度まで引き下げられた時に、地球周回軌道に正常に進入するのである。 [ 95 ]

低地球軌道では、軌道速度は約 7.8 km/s (17,400 mph) です。[ 96 ]対照的に、これまで達成された最も速い有人航空機速度 (宇宙船の軌道離脱による速度を除く) は、1967 年にノースアメリカン X-15によって記録された 2.2 km/s (4,900 mph) です。[ 97 ]軌道速度の上限である 11.2 km/s (25,100 mph) は、地球から完全に離脱して太陽中心軌道に入るために必要な速度です。[ 98 ]高度 600 km (370 mi) で地球軌道速度に達するために必要なエネルギーは約 36  MJ /kg で、これは対応する高度まで上昇するだけで必要なエネルギーの 6 倍です。[ 99 ]

超低軌道（VLEO）は、平均高度が450 km（280 mi）未満の軌道として定義されており、小型衛星による地球観測に適しています。[ 100 ]低軌道は一般的に高度180～2,000 km（110～1,240 mi）の範囲にあり、科学衛星に使用されます。中軌道は高度2,000～35,780 km（1,240～22,230 mi）に及び、航行衛星や特殊衛星に適した軌道です。35,780 km（22,230 mi）を超える高度は高軌道であり、気象衛星や一部の通信衛星に使用されます。[ 101 ]

高度約2,000 km (1,200 mi)以下の近地点軌道（低軌道）を周回する宇宙船は、地球の大気圏からの抗力を受け、 [ 102 ]軌道高度が低下します。軌道高度の減衰率は、衛星の断面積と質量、および上層大気の空気密度の変動に依存し、上層大気は宇宙天気の影響を大きく受けます。[ 103 ]高度800 km (500 mi)以上の高度では、軌道寿命は数世紀に及びます。[ 104 ]高度約300 km (190 mi)以下では、減衰はより急速になり、寿命は数日に及びます。衛星が高度180 km (110 mi)まで降下すると、大気圏で蒸発するまでの時間はわずか数時間です。[ 105 ]

地球を周回する放射線はヴァン・アレン帯に集中しており、太陽放射線と銀河放射線を閉じ込めている。放射線は宇宙飛行士や宇宙システムにとって脅威である。放射線を遮蔽することは難しく、宇宙天気によって放射線環境は変動しやすい。放射線帯は赤道上の環状領域で、地球の極に向かって曲がっており、南大西洋異常域は荷電粒子が地球に最も接近する領域である。[ 106 ] [ 107 ]最も内側の放射線帯である内側ヴァン・アレン帯は、赤道上空の高度で地球半径の半分の高度で強度がピークに達し、[ 108 ]約3000 kmを中心とし、[ 109 ]低地球軌道の上端と重なる部分から強度が増加する。[ 110 ] [ 111 ] [ 112 ]

地域

地球に近い地域

地球の大気圏の最外層は外気圏と呼ばれています。外気圏は熱圏界面から外側に広がっており、その高度は太陽放射の入射角によって250～500キロメートル（160～310マイル）の範囲です。この高度を超えると、分子間の衝突は無視でき、大気圏は惑星間空間と繋がっています。[ 113 ]地球近傍領域には多数の地球周回衛星が存在し、広範な研究が行われています。識別のため、本書では重なり合う空間領域に分割しています。[ 114 ] [ 115 ] [ 116 ] [ 117 ]

地球近傍空間は、低地球軌道から静止軌道に至る宇宙空間の領域である。 [ 114 ]この領域には人工衛星の主要軌道が含まれており、人類の宇宙活動のほとんどがここで行われている。この領域では、宇宙汚染、近隣の宇宙活動を脅かしている。 [ 114 ]このゴミの一部は定期的に地球の大気圏に再突入する。 [ 118 ]低地球軌道空間は宇宙空間の定義を満たしているが、カルマン線から数百キロメートル上空の大気の密度は、依然として衛星に抵抗を生じさせるのに十分である。 [ 105 ]

2005年現在、地球を周回する物体のコンピュータ生成地図。約95%はデブリであり、機能している人工衛星ではない[ 119 ]

ジオスペースは、地球の上層大気と磁気圏を含む宇宙空間である。[ 115 ]ヴァン・アレン放射線帯はジオスペース内に存在する。ジオスペースの外側の境界は磁気圏界面であり、地球の磁気圏と太陽風の境界を形成する。内側の境界は電離層である。[ 120 ] [ 121 ]

ジオスペースの変動する宇宙気象条件は、太陽と太陽風の挙動の影響を受けます。ジオスペースというテーマは、太陽と太陽系の惑星への影響を研究する太陽物理学と密接に関連しています。 [ 122 ]昼側の磁気圏界面は太陽風の圧力によって圧縮されており、地球の中心から太陽下までの距離は通常、地球半径の10倍です。夜側では、太陽風が磁気圏を引き伸ばし、磁気圏尾部を形成します。磁気圏尾部は、時には地球半径の100倍から200倍以上にまで広がります。[ 123 ] [ 124 ]毎月約4日間、月が磁気圏尾部を通過するため、月の表面は太陽風から保護されます。[ 125 ]

ジオスペースには、非常に低密度の荷電粒子が存在し、その運動は地球の磁場によって制御されています。これらのプラズマは、太陽風によって駆動される嵐のような擾乱が地球の上層大気に電流を流す媒体となります。磁気嵐は、放射線帯と電離層というジオスペースの2つの領域を擾乱する可能性があります。これらの嵐は、衛星電子機器に永久的な損傷を与える可能性のある高エネルギー電子の流束を増加させ、短波無線通信やGPSの位置とタイミングに干渉します。[ 126 ]磁気嵐は、低軌道にいる宇宙飛行士にとっても危険です。磁気嵐は、高緯度で地磁気極を囲む楕円形のオーロラを作り出します。[ 127 ]

2022年のアルテミス1号ミッションで地球と月が地球の周囲から見える様子

XGEO空間は、米国が地球の高軌道空間を指すために使用する概念であり、「X」は高度約35,786 km（22,236 mi）の静止軌道（GEO）の倍数である。 [ 116 ]したがって、高度448,900 km（278,934 mi）のL2地球-月ラグランジュ点は約10.67 XGEOである。[ 128 ]トランスルナー空間は、月と地球の間にある月のトランスファー軌道の領域である。 [ 129 ]

地球近傍空間は、地球の外側の領域であり、月の軌道、地球の周りの月の軌道空間、地球-月ラグランジュ点が含まれます。[ 117 ]ある物体の重力ポテンシャルが他の物体の重力ポテンシャルに対して支配的である領域は、その物体の影響圏または重力井戸であり、主にヒル球モデルで説明されます。[ 130 ]地球の場合、これには地球から太陽までの平均距離の約1％までの距離、[ 131 ]または150万km（0.93百万マイル）までのすべての空間が含まれます。地球のヒル球を超えると、地球の軌道に沿ってその軌道空間と共軌道空間が広がります。この空間には、馬蹄形リプレーターや地球トロヤ群などの共軌道地球近傍天体（NEO）のグループが存在し、一部のNEOは地球の一時的な衛星や準衛星となることがあります。 [ 132 ]

アメリカ合衆国政府は、深宇宙を地球から典型的な低地球軌道よりも遠い宇宙空間全体と定義しており、月も深宇宙に含まれます。 [ 133 ]他の定義では、深宇宙の起点は「月の軌道の外側にあるもの」から「太陽系の最果ての外側にあるもの」まで様々です。[ 134 ] [ 135 ] [ 136 ]衛星を含む無線通信を担当する国際電気通信連合は、深宇宙を「地球から200万km（120万マイル）以上の距離」と定義しています。[ 137 ]これは月の軌道距離の約5倍ですが、地球と隣接する惑星間の距離よりもはるかに短い距離です。[ 138 ]

地球近傍空間。低地球軌道（青）、中地球軌道（緑）、高地球軌道（赤）を示す。高地球軌道は静止軌道の半径を超えて広がる。

惑星間空間

左下には、黒い背景に白いコマが浮かび上がっています。雲状の物質が左上へと流れ、距離とともにゆっくりと薄れていきます。
ヘール・ボップ彗星の尾にあるまばらなプラズマ (青) と塵 (白) は、それぞれ太陽放射と太陽風からの圧力によって形成されています。

太陽系内の惑星間空間は、惑星の重力圏外で太陽の重力によって支配されている。[ 139 ]惑星間空間は、最外惑星である海王星の軌道をはるかに超えて、銀河環境の影響が太陽とその太陽風に支配的になり始め、110～160 AU にヘリオポーズが形成されるところまで広がっている。 [ 140 ]ヘリオポーズは低エネルギーの銀河宇宙線を逸らし、その距離と強度は太陽風の活動レベルによって変化する。[ 141 ] [ 142 ]太陽風は、太陽から放出される荷電粒子の連続的な流れであり、宇宙空間に数十億キロメートルにわたって非常に希薄な大気（ヘリオスフィア）を作り出している。この風の粒子密度は5～10陽子/cm 3で、速度は350～400 km/s（780,000～890,000 mph）です。[ 143 ]

惑星間空間はほぼ完全な真空であり、地球の軌道距離における平均自由行程は約1天文単位である。この空間は完全に空虚なわけではなく、電離した原子核や様々な亜原子粒子を含む宇宙線がまばらに存在している。ガス、プラズマ、塵、 [ 144 ]小型流星、そしてマイクロ波分光法によってこれまでに発見された数十種類の有機分子も存在する。[ 145 ]これらの物質は総称して惑星間物質と呼ばれている。[ 140 ]惑星間塵の雲は、夜間に黄道光と呼ばれるかすかな帯として見える。[ 146 ]

惑星間空間には、太陽によって生成される磁場が存在する。[ 143 ]木星、土星、水星、地球などの惑星には、独自の磁場を持つ磁気圏が存在する。これらの磁気圏は太陽風の影響を受けて、涙滴型に近い形状をしており、惑星の背後に長い尾が伸びている。これらの磁場は太陽風やその他の発生源からの粒子を捕捉し、ヴァン・アレン帯のような荷電粒子帯を形成する。火星のように磁場を持たない惑星では、大気が太陽風によって徐々に侵食される。[ 147 ]

星間空間

黒い背景にオレンジ色と青色の斑点状の星雲があり、中央の星の周りをオレンジ色の湾曲した弧が囲んでいます。
若い星オリオン座LL星（中央）の磁気圏がオリオン星雲の流れと衝突して形成されたボウショック

星間空間は、個々の恒星から発生する恒星風によって形成される、アストロスフィアと呼ばれるプラズマの泡の外側にある物理的な空間です。 [ 148 ]星間空間は、星雲や銀河内の恒星間空間、または恒星系間の空間です。 [ 149 ]星間空間には、まばらな物質と放射線からなる星間媒質が含まれています。アストロスフィアと星間空間の境界はアストロポーズと呼ばれています。太陽の場合、アストロスフィアとアストロポーズはそれぞれヘリオスフィアとヘリオポーズと呼ばれます。[ 150 ]

星間物質の質量の約 70% は孤立水素原子で構成され、残りの大部分はヘリウム原子で構成されています。これには、恒星内元素合成によって生成された微量のより重い原子が豊富に含まれています。これらの原子は、恒星風によって、または進化した恒星が惑星状星雲の形成中などに外層を脱ぎ捨て始めるときに、星間物質に放出されます。[ 151 ]超新星の激変爆発により、恒星放出物の衝撃波が外側に伝播し、恒星の中心核内で以前に形成された重元素を含む星間物質全体に分配されます。[ 152 ]星間物質の密度はかなり変化する可能性があります。平均は1 m 3あたり約 10 6粒子ですが、[ 153 ]冷たい分子雲では 1 m 3あたり 10 8 –10 12 個を保持できます。[ 38 ] [ 151 ]

星間空間には多数の分子が存在し、0.1 μmほどの微小な塵粒子を形成することがあります 。[ 154 ]電波天文学によって発見された分子の数は、年間約4種の割合で着実に増加しています。分子雲として知られる高密度物質の広大な領域では、有機多原子種の形成を含む化学反応が起こります。この化学反応の多くは衝突によって引き起こされます。高エネルギー宇宙線は冷たく高密度の雲を貫通し、水素とヘリウムをイオン化します。その結果、例えば三水素陽イオンが生成されます。イオン化したヘリウム原子は、比較的豊富な一酸化炭素を分解してイオン化した炭素を生成し、これが有機化学反応につながります。[ 155 ]

局所星間物質は、太陽から 100パーセク以内の空間領域であり 、その近さと太陽系との相互作用の両方で興味深いものです。この体積は、高密度で冷たい雲がないことで特徴付けられる局所バブルと呼ばれる空間領域とほぼ一致しています。これは、天の川銀河のオリオン腕に空洞を形成し、へびつかい座やおうし座にあるような高密度の分子雲が境界に沿って横たわっています。この空洞の境界までの実際の距離は、60 パーセクから 250 パーセク以上まで変化します。この体積には約 10 4 ～10 5 個の恒星が含まれ、局所星間ガスはこれらの恒星を取り囲む天体圏とバランスをとっています。各球の体積は、星間物質の局所的な密度に応じて変化します。局所バブルには、温度が最大 7,000 K、半径が 0.5 ～ 5 パーセクの暖かい星間雲が数十個含まれています。[ 156 ]

恒星が十分に高い固有速度で運動している場合、その天体圏は星間物質と衝突してバウショック（衝撃波）を発生させることがあります。数十年にわたり、太陽にはバウショックが存在すると考えられてきました。2012年、星間境界探査機（IBEX）とNASAのボイジャー探査機のデータにより、太陽にはバウショックが存在しないことが示されました。これらの研究者は、亜音速のバウショックが太陽風の流れから星間物質への移行を定義していると主張しています。[ 157 ] [ 158 ]バウショックは、天体圏に特徴的な第3の境界であり、終端衝撃波とアストロポーズの外側にあります。[ 158 ]

銀河間空間

宇宙の構造
宇宙の立方体断面における物質の分布。青い繊維状の構造は物質を表し、空の領域は宇宙の空隙を示す。

銀河間空間は、銀河間の物理的な空間です。銀河の大規模分布に関する研究によると、宇宙は泡のような構造をしており、銀河群や銀河団がフィラメントに沿って存在し、その空間は全空間の約10分の1を占めています。残りの空間は、ほとんど銀河が存在しない宇宙の空洞（ボイド）を形成しています。通常、ボイドは7～30メガパーセクの範囲に広がります。[ 159 ]

銀河間物質（IGM）は、銀河間を取り囲み、銀河間空間に広がっています。この希薄なプラズマ[ 160 ]は、銀河フィラメント構造を形成しています[ 161 ] 。拡散した光電離ガスには、1立方メートルあたり約1原子という高密度のフィラメントが含まれており[ 162 ] 、これは宇宙の平均密度の5～200倍に相当します[ 163 ] 。IGMは、質量比で76%の水素を含む、主に原始的な組成を持つと推定され、高速銀河流出からの高質量元素が豊富に含まれています[ 164 ] 。

ガスがボイドから銀河間物質に落下すると、10⁻°  Kから10⁻ °  Kの温度まで加熱されます。 [ 4 ]この温度では、温熱銀河間物質（WHIM）と呼ばれます。プラズマは地球の基準では非常に高温ですが、天体物理学では10⁻ ° Kはしばしば「温熱」と呼ばれます。コンピューターシミュレーションと観測によると、宇宙に存在する原子物質の最大半分がこの温熱​​希薄状態にある可能性があります。[ 163 ] [ 165 ] [ 166 ] WHIMのフィラメント構造から銀河団の宇宙フィラメントの交差点に落下すると、ガスはさらに加熱され、 いわゆる銀河団内物質（ICM）で10⁻ ° K以上の温度に達することがあります。[ 167 ]

地球の周りの地域としての宇宙のさまざまなスケールの概要
地球-月系
地球近傍天体を含む太陽系内部
太陽系とオールトの雲
最も近い星
局所星間雲と隣接する星間物質
局所バブルの星の配置と星間物質の地図
オリオン座・白鳥座腕内の太陽の周りの分子雲
オリオン座・白鳥座腕とその周辺の腕
天の川銀河内のオリオン座・白鳥座腕
天の川銀河の構造における太陽
局部銀河群における天の川銀河の伴銀河
ラニアケア SClのVirgo SCl
うお座・くじら座超銀河団のラニアケアSCl
観測可能な宇宙の宇宙

発見の歴史

紀元前350年、ギリシャの哲学者アリストテレスは、自然は真空を嫌うと提唱しました。この原理は後に真空の恐怖として知られるようになりました。この概念は、紀元前5世紀のギリシャの哲学者パルメニデスによる存在論的議論に基づいています。パルメニデスは空間に空虚が存在する可能性を否定しました。[ 168 ]真空は存在し得ないというこの考えに基づき、西洋では何世紀にもわたって空間が空であるはずがないと広く信じられていました。[ 169 ] 17世紀になっても、フランスの哲学者ルネ・デカルトは、空間全体が満たされなければならないと主張しました。[ 170 ]

古代中国では、2世紀の天文学者張衡は、宇宙は無限であり、太陽や星々を支える機構をはるかに超えて広がっているはずだと確信しました。玄野学派の現存する書物では、天は無限であり、「空虚で実体がない」と述べられています。同様に、「太陽、月、そして星々は、空虚な空間に浮かび、動いたり止まったりしている」とされています。[ 171 ]

イタリアの科学者ガリレオ・ガリレイは、空気には質量があり、重力の影響を受けることを知っていました。1640年、彼は真空状態を作り出すのに抵抗する力が存在することを実証しました。1643年、弟子のエヴァンジェリスタ・トリチェリが部分真空状態を作り出す装置を発明しました。この実験は世界初の水銀気圧計の誕生につながり、ヨーロッパで科学的なセンセーションを巻き起こしました。トリチェリは、空気には重さがあるため、気圧は高度とともに低下するはずだと提唱しました。[ 172 ]フランスの数学者ブレーズ・パスカルはこの仮説を検証する実験を提案しました。[ 173 ] 1648年、彼の義理の兄弟であるフロラン・ペリエは、フランス中部のピュイ・ド・ドーム山でこの実験を繰り返し、空気柱が3インチ短くなることを発見しました。この圧力低下は、空気を半分まで膨らませた風船を山頂まで運び、風船が徐々に膨張し、下山時に収縮する様子を観察することでさらに実証されました。[ 174 ]

ガラスの展示ケースには、レバーアームと、ロープを引くために取り付けられた 2 つの金属製の半球が付いた機械装置が収められています。
オットー・フォン・ゲーリケの真空ポンプ（右）のデモンストレーションに使用されたオリジナルのマクデブルク半球（左）

1650年、ドイツの科学者オットー・フォン・ゲーリケは最初の真空ポンプを製作しました。これは、真空の恐怖の原理をさらに否定する装置でした。彼は、地球の大気が殻のように惑星を囲み、高度とともに密度が徐々に低下することを正確に指摘しました。そして、地球と月の間には真空が存在するはずだと結論付けました。[ 175 ]

15世紀、ドイツの神学者ニコラウス・クザーヌスは、宇宙には中心も円周もないと推測した。彼は、宇宙は無限ではないが、それを包含できる境界がないため、有限であるとは考えられない、と信じた。[ 176 ]これらの考えは、16世紀にイタリアの哲学者ジョルダーノ・ブルーノによる空間の無限次元に関する推測につながった。彼はコペルニクスの太陽中心の宇宙論を、天体の運動に抵抗しないエーテルと呼ばれる物質で満たされた無限の宇宙という概念にまで拡張した。 [ 177 ]イギリスの哲学者ウィリアム・ギルバートも同様の結論に達し、星が私たちに見えるのは、それらが薄いエーテル、つまり空虚に囲まれているからに過ぎないと主張した。[ 178 ]このエーテルの概念は、アリストテレスを含む古代ギリシャの哲学者によって考案され、彼らはエーテルを天体が移動する媒体として考えました。[ 179 ]

光伝導エーテルで満たされた宇宙という概念は、20世紀初頭まで一部の科学者の間で支持されていました。この形態のエーテルは、光が伝播できる媒体であると考えられていました。[ 180 ] 1887年、マイケルソン・モーリーの実験は、惑星の運動方向に応じた光速の変化を調べることで、この媒体を介した地球の運動を検出しようとしました。結果はゼロで、この概念に何か問題があることを示していました。その後、光伝導エーテルの考えは放棄され、アルバート・アインシュタインの特殊相対性理論に取って代わられました。特殊相対性理論では、真空中の光速は観測者の運動や参照系に依存しない一定の定数であるとされています。[ 181 ] [ 182 ]

無限の宇宙という概念を支持した最初の職業天文学者は、1576年のイギリス人トーマス・ディッグスであった。 [ 183 ]​​ しかし、1838年にドイツの天文学者フリードリヒ・ベッセルが近くの恒星までの距離の測定に初めて成功するまで、宇宙の規模は未知のままであった。彼は、はくちょう座61番星系の視差がわずか0.31 秒角（現代の値は0.287秒角）であることを示した。これは、10光年以上の距離に相当する。[ 184 ] 1917年、ヒーバー・カーティスは、渦巻星雲の新星は平均して銀河の新星よりも10等級暗いことを指摘し、前者は100倍も遠くにあることを示唆した。[ 185 ]アンドロメダ銀河までの距離は、1923年にアメリカの天文学者エドウィン・ハッブルが、ヘンリエッタ・リーヴィットが発見した新技術を用いて、同銀河内のセファイド変光星の明るさを測定することで決定した。[ 186 ]これにより、アンドロメダ銀河、ひいてはすべての銀河が天の川銀河のかなり外側にあることが確立された。[ 187 ]これによりハッブルはハッブル定数を定式化し、これにより初めて宇宙の年齢と観測可能な宇宙の大きさを、20億年と2億8000万光年から計算することが可能になった。これはより優れた測定によってますます正確になり、2006年にはハッブル宇宙望遠鏡のデータによって宇宙の年齢と観測可能な宇宙の大きさの非常に正確な計算が可能になった。[ 188 ]

現代の宇宙の概念は、1931年にベルギーの物理学者ジョルジュ・ルメートルによって初めて提唱された「ビッグバン」宇宙論に基づいています。[ 189 ]この理論によれば、宇宙は極めて高いエネルギー密度の状態から始まり、その後継続的に膨張してきました。[ 190 ]

宇宙空間の温度に関する最も古い推定は、1896年にスイスの物理学者シャルル・エ・ギヨームによって行われた。彼は背景の恒星からの推定放射を用いて、宇宙空間は5～6 Kの温度に加熱されているはずだという結論を下した。イギリスの物理学者アーサー・エディントンは1926年に同様の計算を行い、3.18 Kの温度を導き出した。ドイツの物理学者エーリッヒ・レジェナーは1933年に宇宙線の測定された全エネルギーを用いて銀河間温度を2.8 Kと推定した。 [ 191 ]アメリカの物理学者ラルフ・アルファーとロバート・ハーマンは1948年に、当時新しいビッグバン理論に従って背景エネルギーが徐々に減少することに基づき、宇宙空間の温度が5 Kになると予測した。[ 191 ]

探検

人間が撮影した最初の地球の画像では南が上になっている。 [ 192 ]おそらくビル・アンダース（1968年のアポロ8号ミッション中）

人類の歴史の大部分において、宇宙は地球の表面からの観測によって探査されてきた。最初は肉眼で、その後は望遠鏡が用いられるようになった。信頼性の高いロケット技術が発明される前は、人類が宇宙空間に到達する最も近い手段は気球飛行であった。1935年、アメリカのエクスプローラー2号有人気球飛行により高度22kmに到達した。[ 193 ] 1942年にはドイツのA-4ロケットの3回目の打ち上げで高度約80kmまで上昇し、この記録は大幅に更新された。1957年には、無人衛星スプートニク1号がロシアのR-7ロケットによって打ち上げられ、高度215～939kmの地球周回軌道に到達した。[ 194 ]その後、1961年にユーリ・ガガーリンがボストーク1号で軌道に乗せられ、人類初の宇宙飛行が行われた。低地球軌道から脱出した最初の人類は、 1968年にアメリカのアポロ8号に乗ったフランク・ボーマン、ジム・ラヴェル、ウィリアム・アンダースで、月周回軌道に到達し[ 195 ]、地球から最大377,349 km（234,474マイル）に到達しました[ 196 ] 。

脱出速度に到達した最初の宇宙船はソ連のルナ1号で、1959年に月をフライバイしました。[ 197 ] 1961年、ベネラ1号は最初の惑星探査機となりました。太陽風の存在を明らかにし、金星に初めてフライバイしましたが、金星到着前に連絡が途絶えました。最初の成功した惑星探査ミッションは、1962年のマリナー2号による金星フライバイでした。[ 198 ]火星に初めてフライバイしたのは、 1964年のマリナー4号です。それ以来、無人宇宙船が太陽系の各惑星とその衛星、多くの小惑星や彗星の調査に成功しています。無人宇宙船は、地球の観測だけでなく、宇宙探査のための基本的なツールであり続けています。[ 199 ] 2012年8月、ボイジャー1号は太陽系を離れ、恒星間空間に入った最初の人工物となった。[ 200 ]

応用

国際宇宙ステーションからの眺め。天の川を背景に、地球の電離層の黄緑色の大気光が見える。

宇宙はグローバル社会にとって重要な要素となり、経済や科学研究に有益な多様な用途を提供しています。

人工衛星を地球軌道に投入することで、数多くの利点が生まれ、宇宙経済の主要分野となっている。人工衛星は、テレビなどの長距離通信の中継を可能にし、正確な航行手段を提供し、気象状況の直接監視や地球のリモートセンシングを可能にする。リモートセンシングの役割は、農業のための土壌水分の追跡、季節的な積雪からの水分流出の予測、植物や樹木の病気の検出、軍事活動の監視など、さまざまな目的に役立つ。 [ 201 ]人工衛星は、気候変動の影響の発見と監視を容易にする。[ 202 ]衛星は、宇宙での抵抗が大幅に減少することを利用して安定した軌道にとどまり、成層圏気球や高高度プラットフォームステーションなど、他の利点と比較して、地球全体を効率的に周回することができる。[ 203 ]

大気が存在しないことから、宇宙空間は電磁スペクトルのあらゆる波長において天文学にとって理想的な場所となっている。これはハッブル宇宙望遠鏡が送信した画像からも明らかであり、130億年以上前、ほぼビッグバンの時代までの光を観測することができる。[ 204 ]宇宙のすべての場所が望遠鏡にとって理想的な場所というわけではない。惑星間塵は拡散した近赤外線を放射し、太陽系外惑星などの微弱な源からの放射を覆い隠してしまうことがある。赤外線望遠鏡を塵の向こう側へ移動させることで、その有効性は高まる。[ 205 ]同様に、月の裏側にあるダイダロスクレーターのような場所は、地球からの観測を妨げる無線周波数干渉から電波望遠鏡を守ることができる可能性がある。[ 206 ]

宇宙太陽光発電システムの概念図[ 207 ]

宇宙の深い真空は、超清浄な表面を必要とするような特定の産業プロセスにとって魅力的な環境となる可能性がある。[ 208 ]小惑星採掘と同様に、宇宙での製造には、すぐに回収できる見込みがほとんどない多額の資金投資が必要となる。[ 209 ]総費用における重要な要因は、質量を地球の軌道に乗せるための高コストである。2006年の推計によると、1kgあたり9,000～31,000ドルである（それ以降のインフレを考慮する）。[ 210 ]宇宙へのアクセスコストは2013年以降低下している。ファルコン9などの部分的に再利用可能なロケットにより、宇宙へのアクセスコストは1kgあたり3,500ドルを下回っている。これらの新しいロケットでは、多くの産業にとって宇宙に物質を送るコストは依然として法外に高い。この問題に対処するために提案されている概念には、完全に再利用可能な打ち上げシステム、ロケット以外の宇宙打ち上げ、運動量交換テザー、宇宙エレベーターなどがある。[ 211 ]

有人による恒星間旅行は、現時点では理論上の可能性に過ぎません。最も近い恒星までの距離を考えると、新たな技術開発と、数十年にわたる旅の間、乗組員を安全に維持する能力が必要になります。例えば、重水素とヘリウム3の核融合で駆動する宇宙船を提案したダイダロス計画では、「近隣」のアルファ・ケンタウリ系に到達するまでに36年かかります。提案されている他の恒星間推進システムには、光帆、ラムジェット、ビーム駆動推進などがあります。より高度な推進システムでは、反物質を燃料として使用し、相対論的速度に達する可能性があります。[ 212 ]

地球表面から見ると、宇宙空間の極低温は、受動的な昼間の放射冷却を通じて、地球上の様々な用途に再生可能な冷却技術として利用することができる。[ 213 ] [ 214 ]これにより、長波赤外線（LWIR）放射による熱伝達が促進され、大気の赤外線窓を通って宇宙空間に伝わり、周囲の温度が下がる。[ 215 ] [ 216 ]フォトニックメタマテリアルは太陽熱の抑制に利用できる。[ 217 ]

参照

参考文献

引用

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出典

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