随着次轨道旅行蓄势待发，数十年的地球大气边界的争议依然持续。

太空时代的崭新阶段即将到来。以往太空轨道中的强权争霸已不复见，取而代之的是建立在新型低轨道载具之上的商业活动。美国的维珍银河（VirginGalactic）和蓝色起源（BlueOrigin）两家公司，都即将开始带观光客前往低轨道；同时很多国家军队也积极尝试高层大气中的超音速飞行，民间公司更是打着“太空边际”的大旗，推出平流层热气球行程项目。

于是，一个60年来悬而未决的界定难题如今显得格外重要，也就是：外太空从哪里开始？要飞得多高才能算是一位太空人？

当然，地球的大气层没有一刀两断的边界。大气密度随着海拔高度指数衰减，即便到了海拔1000公里附近，仍然可以侦测到大多已被离子化的气体分子。

由于星球与星球之间的星际空间也并非100%真空，有些人或许会说大气层的边界可以设在地球磁层的艏震波，也就是外层那些勉强被地球引力吸住的稀薄气体分子，与太阳风相遇的地方。不过实际上，多数人会同意你不需要到达好几万公里高的磁层，就已经算是进入太空了。另一种比较极端的说法，则是高约19公里的阿姆斯特朗极限。到了这个高度，气压低到水在正常体温下便会沸腾，因此人类即使有氧气供应，也无法在这个高度以上存活。（这个极限的命名源自哈利.阿姆斯特朗，一位美国空军少将，与太空人尼尔.阿姆斯特朗没有关系）

卡门线

航天科学的先驱西奥多.冯.卡门（TheodorevonKármán）认为，合理的高度界线应该是在轨道动力学效应超越空气动力学的位置，这个高度如今称为卡门线（见图一，k=0处为卡门线高度）。他的提议目前被广泛接受为“外太空”一词的定义。

图1做为比较基准的卡门参数k

卡门参数k等于重力除以空气动力的对数值。上图显示一颗普通卫星的卡门参数，如何随着海拔高度急遽上升。k=0出现在海拔约80公里，也就是重力和空气动力相等的卡门线。误差线呈现的是实际大气情况可能带来的差异。

卡门线的数量级估计约为海拔100公里，而近期的评论常误将这个估计直接当成它的定义。但这个假设并不能忠实呈现其原意。

卡门原先的想法是在某个高度以上，就无法再用机翼构造产生升力。因为大气过于稀薄，想要产生升力就必须让航速超过人造卫星能够维持在轨道高度内的最大速度。

不过基本概念相同计算也显示人造卫星在同样的高度时，空气阻力的效应会远大于重力。所以整体的结果取决于飞行器的质量／表面积比例，一颗轻飘飘的气球容易被稀薄的气流左右。相反的，一个致密的物体可以毫无阻碍地穿越外气层。

这些效应可以由人造卫星的弹道系数来描述，简单来说就是其单位质量的阻力大小。对于大部分的航空器具而言，这个数值通常介于0.005到0.05m²/km。

不过大气层的密度在海拔70到100公里处急速下降，以至于卡门线高度在不同阻力的情况下，其实相差不大。高海拔的大气密度受太阳活动影响甚巨，不过其效应在海拔100公里以下不那么明显。

总而言之，利用卡门的原始条件进行计算，得到的卡门线位置永远介于70到90公里之间，可以取80公里为一个代表值。由于阻力正比于大气密度以及卫星速度的平方，只要一低于这个高度，高密度的大气便会带来显著的减速度，让卫星掉出轨道外。大气的减速效应也同时带来高热，如果没有妥善的隔热措施，卫星很快就会融化并崩解。

实际、历史、物理观点

实际数据也支持用80公里线作为一个合理的分界线。60年来的卫星轨道数据显示，在近地点高度80到90公里的椭圆轨道中，人造卫星能维持运行几天到几个礼拜。每次卫星到达近地点时，上层大气的减速效果会让下个周期的远地点变得矮一些。一但近地点的高度低于海拔80公里，卫星便没办法撑过下个周期。

近地点介于高度于80到90公里的人造卫星，每隔几个小时便会来到高度低于100公里的区域。如果将海拔100公里设为外太空的分界线，那么这些卫星会三不五时地离开太空，并快速地进出某国领空。这个结果既麻烦又不切实际。如果轨道中的物体以每分钟超过400公里的速度，每几分钟便穿过不同国界，那么我们势必得认定他们处于外太空。

80公里界线也反映了重要的历史背景。自1961年来，50英里的门坎（相当接近80公里）便是空军飞行员获颁美国太空人徽章的标准，其中包括一些驾驶X-15次轨道太空飞机的飞行员。历年来，飞行员总共进行了8次高于100公里的次轨道航行，另有14次高于80公里，最近期的两次为太空船2号，以及联盟MS-10任务中止的紧急返航。

此外，80公里的界线也对应到中间层顶的普遍高度。中气间层顶是大气层中位置最高的清楚界线，为我们的选择提供了物理上的依据。我们生活的环境大多位于低于12公里的对流层。任何需要空气力学来维持升力的飞行器具都被限制在平流层中飞行，而平流层的顶部大约高50公里。目前喷射机的飞行高度纪录，仅仅停留在海拔38公里。

图2地球大气的分层结构

地表附近的对流层拥有最高的密度，最外面的则是稀薄的外气层。这里的气体分子仍然为地球重力所束缚，不过密度已经低到分子间碰撞鲜少发生，分层界线的高度会随着时间与纬度有所变动。

在平流层顶之上的便是中气层，介于海拔50到80公里，这里是飞机与卫星都无法涉足的禁区。能够短暂造访几分钟的只有探空火箭，返航载具，和暂时进入轨道的火箭推进器。许多学者曾提议将中气层规范为中间地带，既非领空也不算外太空。不过至今这点尚未达成共识。

有些国家，曾经多次在联合国与其他国际场合，提议将100公里线作为外太空界线。

随着边界区域得交通逐渐拥挤增多，我深信我们最后仍会需要清楚的法条规范，以便划分国家领空与国际太空的明确界线。在此同时，关于谁算是太空人，而谁又算是次轨道飞行员的问题，目前只能交给个人自行定夺。我个人倾向于使用80公里线作为太空的界线。你们呢？