Linea Kármán: capire tutto sul confine tra spazio e atmosfera

Alba … Vista dall'alto la linea Kármán
Dietro questa definizione ancora controversa si nasconde una domanda più difficile di quanto sembri: da quando siamo “nello spazio”? Dove si ferma l'aeronautica per diventare volo spaziale?
Theodore Von Kármán (1881-1963) è un matematico, ingegnere e fisico nato a Budapest. Ha trascorso la sua carriera lavorando sulla fisica aerodinamica in Europa prima di emigrare negli Stati Uniti negli anni '30, diventando poi in California uno dei grandi fisici dei primi voli supersonici. Tuttavia, se molte delle sue opere e creazioni gli sopravvivono (è uno dei fondatori del famosissimo Jet Propulsion Laboratory), è meglio conosciuto per la famosa "Linea Kármán", che molto spesso viene definita come il confine dello spazio. E sì, il suo nome ha accenti che tutti dimenticano.

Perso nello spazio

Allora, quando siamo "nello spazio"? La questione anima dibattiti da quasi un secolo, perché non è semplice. La nostra atmosfera infatti non si comporta come una bolla: non esiste confine fisico o zona ben definita da cui ci troviamo nel vuoto spaziale. L'atmosfera è sempre meno densa con l'aumentare dell'altitudine. A pochi chilometri sul livello del mare, l'aria è irrespirabile. La maggior parte degli aerei non vola sopra i 13 km di altitudine perché i loro reattori hanno bisogno di ossigeno per garantire la loro combustione. I palloni stratosferici non superano i 50 km di altitudine.
Ma l'atmosfera non finisce qui: c'è la mesosfera al di là, poi la termosfera, che si estende da circa 85 km a più di 650 km di altitudine. Sì, anche lassù ci sono ancora delle particelle d'aria. E questo si estende molto oltre. Nel 2018, uno studio ha dimostrato che c'erano molecole atmosferiche molto rare intorno … alla Luna, cioè 384.000 chilometri dalla Terra!

Un po 'di matematica

Quindi non abbiamo la risposta alla nostra domanda. Il "vuoto spaziale" dipenderebbe dalla pressione atmosferica? Von Kármán, che lavora su piani supersonici, cerca lui stesso una definizione, quindi partirà dalla formula per la portanza: L = 1 / 2pv²SCl con L la portanza, p la densità dell'aria , v la velocità dell'aeroplano, S la superficie dell'aereo e Cl il coefficiente di portanza.
Stai tranquillo, la formula non è molto importante. È piuttosto l'osservazione che ne consegue: quando si pilota un aereo e si vuole volare ad un'altitudine maggiore, la densità dell'aria diminuisce, quindi è necessario aumentare la velocità per mantenere la stessa portanza (ed evitare cadere). Stai ancora seguendo? Bene. Solo che a un certo punto la densità dell'aria sarà così bassa che aumentando la sua velocità, l'aereo è effettivamente arrivato a quella che viene chiamata la prima velocità cosmica: è in orbita.
Ebbene, la linea Kármán è l'altitudine del perno da cui devi raggiungere una velocità orbitale, intorno ai 28.500 km / h, per generare portanza (ed evitare di cadere). In altre parole, è l'altitudine sopra la quale si lascia ilaeronautica per parlare di volo spaziale …
La Terra vista dalla ISS, ad un'altitudine di 400 km

Frontiera turbo

Questa è una definizione perfettamente accettabile, non è vero? Ma le cose non sono così facili come sembrano: ora dobbiamo trovare quell'altitudine. In base ai suoi calcoli, T. Von Kármán propose inizialmente 83,6 km, che corrispondono più o meno a misurazioni stabilite successivamente: intorno agli 85 km di altitudine inizia la turboopausa, una regione in cui i diversi gas le atmosfere hanno difficoltà a mescolarsi tra loro. Purtroppo, variando piccoli parametri, cambia il calcolo e quindi cambia l'altitudine. Difficile che la “frontiera dello spazio” sia basata su numeri fluttuanti … La comunità esige un limite arbitrario! Von Kármán ha quindi proposto 300.000 piedi, o 91,5 km. Ma l'altitudine scelta favorisce un numero tondo, pubblico più in generale:100 km sul livello del mare Nasce la “Linea Kármán”.
Questa linea è stata immediatamente adottata dalla Fédération Aéronautique Internationale, che l'ha utilizzata per differenziare l'aeronautica e l'astronautica. Per la FAI, anche un volo parabolico sulla linea Kármán ti rende un astronauta. Allo stesso modo, un razzo che invia un carico utile al di sotto della linea Kármán esegue il volo atmosferico, mentre sopra diventa suborbitale (per una parabola) o volo orbitale. Questo confine di 100 km è stato da allora di uso comune ed è considerato dal grande pubblico come uno standard. Tuttavia, dobbiamo ricordare che non ha valore normativo, il che ha alcune conseguenze!

Nel frattempo, dall'altra parte dell'Atlantico …

Gli Stati Uniti, ad esempio (una grande nazione astronautica se ce n'è una) non usano la linea Kármán come confine spaziale. Per ragioni sia pratiche che politiche, questo paese ha scelto di utilizzare un confine arbitrario a 50 miglia sopra il livello del mare, o 80,4 km. Questo crea anche piccoli imbrogli poiché è possibile ottenere le "ali" di un astronauta americano senza essere riconosciuto internazionalmente come tale … Questo è in particolare il caso di alcuni piloti dell'aereo americano X -15, o equipaggi dell'aereo a razzo Virgin Galactic dedicato al turismo suborbitale.
La definizione stessa della Linea Kármán è ancora oggi dibattuta, per quello che rappresenta in termini di prestigio ma anche in un quadro giuridico (se un aereo vola sopra di te in parabola a 85 km di altitudine, vero? nello spazio internazionale o nel tuo spazio aereo?). E anche a livello fisico: l'orbita circolare più piccola è stata approvata quest'inverno a quota 167 km, e il satellite giapponese Tsubame è riuscito a mantenerla solo grazie ai suoi motori perché c'è già troppo attrito atmosferico.
Dovremo mai rivedere la copia e cambiare la linea Kármán? Non è impossibile. Ma dallo Sputnik lo spazio non è più l'ultima frontiera …