宇宙（宇宙空間）とは：定義・カルマン線・天体の種類をわかりやすく解説

宇宙とは何かをやさしく解説：宇宙空間の定義やカルマン線（海抜100km）、惑星・星・銀河など天体の種類と特徴を図解でわかりやすく紹介。

宇宙は、宇宙空間とも呼ばれ、天体と天体の間にある真空に近い空間です。そこには、あらゆるもの（惑星、星、銀河などの天体）が存在する。

地球上では、宇宙空間はカルマン線（海抜100km）から始まります。これは、地球の大気が停止し、宇宙空間が始まる場所と言われています。これは自然の境界線ではなく、科学者や外交官の間で使われている慣習です。

しかし、地球近傍の宇宙は、天文学的な基準からすると、かなり混雑しています。宇宙の一覧はこんな感じ。

カルマン線とは何か

カルマン線は、一般に海抜100kmをもって「大気圏」と「宇宙空間」を区切る慣習的な高さです。名称は理論を提案した航空・宇宙工学者のセオドア・フォン・カルマンに由来します。100kmは国際航空連盟（FAI）などで宇宙の境界として広く採用されていますが、物理的に大気が突然途切れるわけではありません。大気は高度とともに徐々に薄くなり、外側へ続いていきます。

なお、機関によって基準は異なります。たとえばアメリカ合衆国の一部基準では、宇宙飛行士の資格認定などにおいて高度50マイル（約80km）を用いることがあります。このように「どこからが宇宙か」は完全に統一された自然法則ではなく、目的に応じた便宜的な定義です。

地球近傍の軌道 — 混雑と分類

地球周りの軌道空間は人為物（人工衛星、宇宙ステーション、ロケットの切り離し物、破片など）で非常に混雑しています。主な軌道帯は次の通りです。

• 低軌道（LEO）：高度約160〜2,000km。国際宇宙ステーション（ISS、約400km）や多くの地球観測衛星、通信衛星の一部がここにあります。衝突によるデブリ増加のリスクが高い。
• 中間軌道（MEO）：GPSなどのナビゲーション衛星が主に配置（高度約2,000〜35,786kmの範囲の一部）。
• 静止軌道（GEO）：赤道上空約35,786kmに位置し、地球の自転と同じ角速度で周回するため地上の同一点上空に固定されて見える。通信衛星が多い。
• 高度軌道・遷移領域：静止軌道より外側には「墓地軌道」など廃棄衛星を移す領域もある。

軌道上の破片（スペースデブリ）は衝突連鎖（ケスラーシンドローム）を引き起こす恐れがあり、現在は追跡・回避・除去に関する研究と国際的な管理が進められています。

宇宙空間の環境（何が「ない」か、何が「ある」か）

• 真空に近い状態：大気の密度は高度が上がるほど小さくなり、惑星間空間や星間空間では原子や分子の平均密度は極めて低い（典型的には1個/cm3程度、銀河間ではさらに低い）。完全な無は存在せず、ごく希薄なガスや塵、宇宙線が飛び交います。
• 微小重力（無重力）状態：宇宙は「重力がない」のではなく、自由落下状態になることで無重力（microgravity）環境が生じます。
• 放射線：太陽風や宇宙線、高エネルギー粒子が存在し、地上より強い放射線環境が人体や電子機器に影響を与えます。地球磁場の外側や帯電した粒子帯（バン・アレン帯）では特に強い。
• 温度差と熱管理の必要：太陽光が直接当たる面は非常に高温になり、影になる面は極低温。人工物は熱の出入りを制御する必要があります。
• 微小な衝突リスク：微小隕石やデブリとの高速衝突は構造に深刻なダメージを与える可能性があります。

代表的な天体の種類（わかりやすく）

• 惑星：恒星の周りを公転する比較的大きな天体。岩石惑星（地球、火星など）とガス巨星（木星、土星など）に大別されます。
• 準惑星（ドワーフプラネット）：冥王星のように、自身の重力で丸くなっているが軌道近傍を支配していない天体。
• 衛星（月）：惑星の周りを回る天体。大きさや組成は多様。
• 星：自己重力でガスをまとめ、核融合反応で光と熱を放つ天体。質量や進化段階（主系列星・赤巨星・白色矮星・中性子星・ブラックホール）で性質が変わります。
• 小天体：小惑星、彗星、隕石など。小惑星は主に岩石や金属、彗星は氷や塵を多く含む。
• 銀河：多数の恒星、星間ガス、塵、暗黒物質を含む巨大構造。銀河は銀河団や超銀河団を形成します。
• 星間物質・星雲：星が生まれる場所（分子雲）や過去の星の残骸（超新星残骸）など、ガスと塵の雲。
• 暗黒物質・暗黒エネルギー：直接観測できないが、重力や宇宙の膨張からその存在が示唆される成分。宇宙の質量・エネルギーの大部分を占めると考えられています。

人類の到達と探査

人類はロケットによって大気圏を離れ、有人・無人探査機で月や火星、さらには太陽系外縁へと到達してきました。有人宇宙飛行はISSやアポロ計画、近年の商業宇宙飛行（有人打上げ・亜軌道飛行）などがあり、無人探査機はボイジャーやニュー・ホライズンズ、はやぶさシリーズなど多数の実績があります。

到達の形態には、大きく「亜軌道飛行」（宇宙空間に到達しても地球周回軌道に乗らない）と「軌道投入（周回）」があり、それぞれ必要な速度・エネルギーや飛行時間が大きく異なります。

まとめと注意点

・「宇宙」は慣習的にカルマン線（100km）で区切られるが、物理的には連続的に存在する領域であり、明確な自然境界ではありません。
・地球近傍は人工物やデブリで混雑しており、軌道の種類（LEO、MEO、GEO）によって環境や用途が異なります。
・宇宙空間は「空気がない」だけでなく、放射線、微小衝突、極端な温度など多くの危険があり、探査や人類滞在には綿密な対策が必要です。

宇宙の理解は観測技術・探査技術の進歩とともに日々深まっており、新しい発見や課題が次々と生まれています。

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