Dove Comincia lo Spazio Vuoto?

Esiste un'altezza precisa oltre la quale ci si può considerare al fuori dell'atmosfera terrestre? Sì, ma si tratta di una convenzione.

A quale altezza finisce l’atmosfera? Fin dove bisogna spingersi in alta quota per potersi considerare nello spazio vuoto? Non è facile rispondere a questa domanda perché la nostra atmosfera non ha una frontiera netta e ben definita. Si può individuare una linea costiera che demarca il punto in cui finisce il mare o il perimetro di una recinzione che separa chiaramente due terreni appartenenti a proprietari diversi ma non esiste un punto preciso in cui si può dire che l’atmosfera finisca e questo per un motivo piuttosto semplice.

Il gas che ci circonda e che conferisce quel tipico colore azzurro che caratterizza il nostro pianeta, ha una densità variabile: è più denso in prossimità della superficie e diventa via via meno denso con l’aumentare della quota. In alta montagna, ad esempio, l’aria ha una densità inferiore di quella che si può trovare in una bella località di mare ma la densità diminuisce di molto se ci si sposta ben al di sopra dell’altitudine raggiunta dai comuni aerei commerciali.

La nostra atmosfera dunque sfuma in modo continuo e progressivo, passando dagli strati più densi vicini alla superficie fino agli strati decisamente rarefatti alle quote di alcune decine di chilometri. Ora, se immaginiamo che lo spazio vuoto, lontano dai corpi celesti, abbia una densità pari a zero, si può immaginare di trovarsi nello spazio vuoto quando l’atmosfera è di fatto scomparsa, portando la sua densità a zero.

Verrebbe allora da chiedersi: esiste un punto, magari individuato in modo approssimato, in cui la densità dell’atmosfera ha raggiunto un valore così basso da essere considerato uguale a zero? In teoria sì ma è difficile da identificare con esattezza. Lo spazio vuoto infatti non è davvero vuoto, cioè, al contrario di quanto si possa pensare, anche lontano dalla Terra esistono comunque delle particelle che riempiono lo spazio. Quante particelle ci sono? Diamo qualche numero per farci un’idea. L’aria che state respirando in questo momento contiene circa 30 miliardi di miliardi di molecole per ogni centimetro cubo (diciamo il volume di un dado, più o meno). Si parla dunque di un numero enorme, difficile da figurarsi. Nello spazio interstellare invece si ha una particella al centimetro cubo. Una contro miliardi di miliardi! È chiaro che il paragone non regge. Dunque, lo spazio vuoto non è davvero vuoto ma non si allontana molto dall’esserlo davvero. Ecco che si potrebbe porre la quota della fine dell’atmosfera laddove l’aria dell’atmosfera raggiunge il valore della densità dello spazio interstellare. Il problema è che sulla Terra arriva un flusso aggiuntivo di particelle direttamente dal Sole. Si tratta del vento solare, responsabile del fenomeno delle aurore boreali. Questo fa sì che il numero di particelle al centimetro cubo attorno alla Terra sia più alto che nello spazio interstellare.

Ad alte altitudini non è impresa facile capire se il numero di particelle individuato in un certo volume sia appartenente all’atmosfera o al vento solare, quindi è difficile capire dove termina la prima e comincia lo spazio. E allora?

"Se volete ottenere il titolo di astronauta, dovete superare la linea di Kármán a 100 km di altitudine"

E allora si procede con una convenzione. La Fédération Aéronautique Internationale (FAI) ha stabilito una frontiera immaginaria detta linea di #Kármán (dal nome del ingegnere austro-americano Theodore von Kármán 1881-1963) alla quota di 100 km sul livello del mare. Perché proprio questa altezza? Kármán ha ragionato così, pensando al volo degli aerei. Gli aerei riescono a mantenersi in volo grazie ad una forza, la #portanza, che si esercita dal basso verso l’alto e che è dovuta allo scorrere dell’aria sulle superfici inferiore e superiore delle ali (leggi il mio articolo: Come fanno gli aerei a volare?). La #portanza è tanto maggiore quanto più l’aria è densa e quanto più l’aereo viaggia a velocità sostenuta. Ora, se l’aereo sale di quota, si ritrova a viaggiare all’interno di uno strato di aria meno denso e quindi subirà una #portanza inferiore e ciò potrebbe non permettergli di sostenersi, perdendo quota per via della maggiore forza peso diretta verso il basso. Per sopperire a questa diminuzione, l’aereo è costretto a viaggiare più velocemente. Quindi, più sale di quota, più l’aria si fa rarefatta, più l’aereo deve aumentare la sua velocità se vuole mantenere costante l’altitudine raggiunta.

A circa 100 km la densità dell’aria è calata al punto che, per mantenersi in quota, l’aereo è costretto ad andare così velocemente da raggiungere la velocità orbitale, ovvero quel valore di velocità che permette all’aereo di descrivere un orbita completa attorno alla Terra senza dover più toccare la superficie. Ma così l’aereo, che di norma è un vettore che collega due punti della superficie terrestre, è diventato un satellite. Ecco perché #Kármán ha individuato nella quota di 100 km (in realtà un po’ meno ma si è arrotondato il valore per praticità) proprio il punto superato il quale, convenzionalmente, si può dire di essere nello spazio.

In effetti, questa è la convenzione che si utilizza a livello internazionale. Se volete dire di essere stati nello spazio, dovete dunque salire ad una quota di almeno 100 km sulla superficie del mare. Oppure, vi dò un’alternativa più “semplice”: potete andare negli Stati Uniti e guadagnarvi il titolo di astronauta superando la soglia degli 80 km. Questo perché, a differenza degli altri paesi, gli USA fanno uso di una convenzione diversa, ponendo il top dell’atmosfera 20 km più in basso.

Questo è proprio quello che è successo nel luglio del 2021 quando sono ufficialmente cominciati i voli spaziali commerciali ad opera di due compagnie private, la Blue Origin di Jeff Bezos e la Virgin Galactic di Richard Brenson. La prima ha lanciato il 20 luglio una capsula che ha raggiunto la quota massima di 118 km, superando la linea di #Kármán e portando quindi i membri dell’equipaggio nello spazio, secondo gli standard internazionali. Il vettore della Virgin Galactic, invece, ha raggiunto l’11 luglio la quota di circa 86 km, superando il limite che permette agli statunitensi di definirsi astronauti ma al di sotto della linea di #Kármán.

Se avete abbastanza soldi da spendere (molti soldi) e volete conquistare il titolo di astronauta, dovete solo scegliere a quale convenzione riferirvi.