Lo spazio o spazio cosmico o spazio esterno è il vuoto che esiste tra i corpi celesti.. In realtà non è completamente vuoto, ma contiene una bassa densità di particelle: soprattutto plasma di idrogeno ed elio, radiazione elettromagnetica, campi magnetici, raggi cosmici e neutrini. La teoria suggerisce che contenga anche materia oscura ed energia oscura.

Nello spazio intergalattico la densità della materia può essere ridotta a pochi atomi di idrogeno per metro cubo. La temperatura di base, come fissato dalla radiazione di fondo lasciata dal Big Bang, è di soli ; al contrario, le temperature nelle corone delle stelle possono raggiungere oltre un milione di kelvin. Plasma con una densità estremamente bassa e temperatura alta, come quelle del medium intergalattico tiepido-caldo e del medium tra ammassi di galassie, rappresenta la maggior parte della materia barionica comune nello spazio; concentrazioni locali si sono evolute in stelle e galassie. Lo spazio intergalattico occupa la maggior parte del volume dell'universo, ma anche le galassie e i sistemi stellari sono composti quasi interamente da spazio vuoto. I viaggi spaziali sono ancora limitati alle vicinanze del sistema solare; il resto dello spazio, a parte l'osservazione passiva con telescopi, rimane inaccessibile all'uomo.

Non c'è un confine netto da cui comincia lo spazio giacché l'atmosfera terrestre sfuma più o meno gradatamente verso lo spazio stesso in virtù del decremento di forza di gravità. Tuttavia la linea di Kármán, a un'altezza di 100 chilometri sopra il livello del mare nell'atmosfera terrestre, è convenzionalmente utilizzata come l'inizio dello spazio a uso dei trattati spaziali e per tenere traccia dei record aerospaziali. Il quadro di riferimento per il diritto spaziale internazionale è stato istituito dal Trattato sullo spazio extra-atmosferico, approvato dalle Nazioni Unite nel 1967. Questo trattato proibisce qualsiasi rivendicazione di sovranità nazionale e permette a tutti gli Stati di esplorare lo spazio liberamente. Nel 1979, il trattato sulla Luna ha reso le superfici di oggetti come i pianeti, così come lo spazio orbitale attorno a questi corpi, giurisdizione della comunità internazionale. Ulteriori delibere riguardanti lo spazio sono state redatte dalle Nazioni Unite, senza tuttavia aver escluso il dislocamento di armi nello spazio.

Storia

Nel 350 a.C., il filosofo greco Aristotele propose l'idea che la natura aborrisce il vuoto, un principio che sarebbe diventato noto come horror vacui. Questo concetto fu costruito su un argomento ontologico del V secolo a.C. del filosofo greco Parmenide, che negava la possibile esistenza di un vuoto nello spazio.. Sulla base di questa idea, che il vuoto non può esistere, in Occidente si è ritenuto per molti secoli che lo spazio non può essere vuoto.. Fin ancora al XVII secolo, il filosofo francese Cartesio sosteneva che la totalità dello spazio deve essere pieno..

Nella Cina antica, c'erano varie scuole di pensiero sulla natura del cielo, alcune delle quali hanno una somiglianza con il pensiero moderno. Nel II secolo d.C., l'astronomo Zhang Heng si convinse che lo spazio doveva essere infinito e che si estendeva ben oltre il Sole e le stelle. I libri sopravvissuti della scuola Yeh Hsüan dicono che i cieli sono sconfinati, "vuoti e privi di sostanza". Allo stesso modo, "il sole, la luna, e le stelle galleggiano nello spazio vuoto, in movimento o fermi"..

Galileo sapeva che l'aria aveva una massa e che quindi era soggetta alla gravità. Nel 1640, dimostrò che una particolare forza si opponeva alla formazione del vuoto. Tuttavia, sarebbe toccato al suo allievo Evangelista Torricelli costruire un apparecchio per produrre un vuoto nel 1643. All'epoca l'esperimento provocò scalpore scientifico in Europa. Il matematico francese Blaise Pascal ragionò così: se la colonna di mercurio è sostenuta dall'aria, allora la colonna dovrebbe essere più corta in quota dove la pressione dell'aria è inferiore.. Nel 1648 suo cognato, Florin Périer, ripeté l'esperimento sul Puy-de-Dôme, montagna al centro della Francia, e scoprì che la colonna era più corta di tre pollici. Questa diminuzione della pressione fu ulteriormente dimostrata portando un pallone mezzo pieno su una montagna, osservandolo gonfiarsi gradatamente e poi sgonfiarsi durante la discesa..

Nel 1650, lo scienziato tedesco Otto von Guericke costruì la prima pompa a vuoto: un dispositivo che avrebbe ulteriormente confutato il principio dell'horror vacui. Egli osservò giustamente che l'atmosfera della Terra circonda il pianeta come una conchiglia, con la densità che va gradualmente diminuendo con l'altezza. Egli concluse che ci deve essere un vuoto tra la Terra e la Luna..

Nel XV secolo, il teologo tedesco Nicola Cusano speculò sull'ipotesi che l'universo fosse privo di un centro e di una circonferenza. Egli credeva che l'universo, pur non essendo infinito, non poteva essere ritenuto finito, in quanto mancava di confini entro i quali essere contenuto.. Queste idee portarono a speculazioni per quanto riguarda la dimensione infinita dello spazio da parte del filosofo italiano Giordano Bruno nel XVI secolo. Egli estese la cosmologia eliocentrica copernicana al concetto di un universo infinito pieno di una sostanza che chiamò etere, che non causava la resistenza al moto dei corpi celesti.. Il filosofo inglese William Gilbert arrivò a una conclusione simile, sostenendo che le stelle sono a noi visibili solo perché sono circondate da un etere sottile o da un vuoto.. Il concetto di etere aveva preso origine dagli antichi filosofi greci, tra i quali Aristotele, che lo concepivano come il mezzo attraverso il quale i corpi celesti si muovono..

Il concetto di un universo riempito di etere luminifero rimase in voga presso alcuni scienziati fino all'inizio del XX secolo. Questa forma di etere era vista come il mezzo attraverso cui la luce poteva propagarsi.. Nel 1887, l'esperimento di Michelson-Morley cercò di individuare il moto della Terra attraverso questo mezzo cercando cambiamenti nella velocità della luce in funzione della direzione del movimento del pianeta. Tuttavia, il risultato nullo indicava che qualcosa non andava con l'ipotesi. L'idea dell'etere luminifero venne poi abbandonata e sostituita dalla teoria della relatività speciale di Albert Einstein, che sostiene che la velocità della luce nel vuoto è una costante fissa, indipendente dal moto dell'osservatore o dal sistema di riferimento...

Il primo astronomo professionale a sostenere il concetto di un universo infinito fu l'inglese Thomas Digges nel 1576.. Ma la scala dell'universo rimase sconosciuta fino alla prima misurazione della distanza di una stella vicina nel 1838 da parte dell'astronomo tedesco Friedrich Bessel. Egli mostrò che la stella 61 Cygni aveva una parallasse di soli 0,31 secondi d'arco (rispetto al moderno valore di 0,287 "). Questo corrisponde a una distanza di oltre 10 anni luce.. La distanza dalla galassia di Andromeda venne determinata nel 1923 dall'astronomo statunitense Edwin Hubble, misurando la luminosità delle variabili Cefeidi in questa galassia, una nuova tecnica scoperta da Henrietta Leavitt. Ciò ha stabilito che la galassia di Andromeda, e per estensione tutte le galassie, è collocata ben al di fuori della Via Lattea..

Il concetto moderno di spazio è basato sulla cosmologia del Big Bang, proposta la prima volta nel 1931 dal fisico belga Georges Lemaître. Questa teoria sostiene che l'universo osservabile ha tratto origine da una formazione molto compatta, che da allora ha subito un'espansione continua. La materia rimasta dopo l'espansione iniziale ha da allora subito il collasso gravitazionale creando così stelle, galassie e altri oggetti astronomici, lasciando dietro di sé un profondo vuoto che forma quello che oggi è chiamato spazio.. Siccome la luce ha una velocità finita, questa teoria vincola anche le dimensioni dell'universo osservabile direttamente. Ciò lascia aperta la questione se l'universo sia finito o infinito.

Ambiente

Lo spazio è l'approssimazione naturale più vicina a un vuoto perfetto. Non ha attriti significativi, permettendo a stelle, pianeti e lune di muoversi liberamente lungo le proprie orbite ideali. Tuttavia, anche il più profondo vuoto di spazio intergalattico non è privo di materia, in quanto contiene alcuni atomi di idrogeno per metro cubo. Questa fonte stima una densità di per il gruppo locale. Un'unità di massa atomica è , per circa 40 atomi per metro cubo. A confronto, l'aria che respiriamo contiene circa 1025 molecole per metro cubo.. La bassa densità della materia nello spazio significa che la radiazione elettromagnetica può viaggiare a grandi distanze senza essere dispersa: mediamente il cammino libero medio di un fotone nello spazio intergalattico è di circa , o 10 miliardi di anni luce.. Nonostante ciò, l'estinzione, che è l'assorbimento e la dispersione di fotoni da parte di polveri e gas, è un fattore importante in astronomia galattica e intergalattica.

Stelle, pianeti e lune conservano le proprie atmosfere per attrazione gravitazionale. Le atmosfere non hanno confini ben delineati: la densità dei gas atmosferici diminuisce gradualmente con la distanza dall'oggetto fino a renderlo indistinguibile dall'ambiente circostante.. La pressione atmosferica della Terra scende a circa 3,2 × 10−2 Pa a 100 chilometri di altezza; a confronto, la pressione standard, così come è stata definita dall'International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), è di . Al di là di questa altezza, la pressione del gas isotropo diventa rapidamente non significativa se paragonata alla pressione di radiazione del Sole e alla pressione dinamica del vento solare, quindi la definizione di pressione diventa difficile da interpretare. A questi livelli, la termosfera ha elevati gradienti di pressione, di temperatura e di composizione, e varia notevolmente in funzione della meteorologia spaziale. Gli astrofisici preferiscono usare la densità di numero per descrivere questi ambienti, impiegando unità di particelle per unità di volume.

Sulla Terra, la temperatura è definita in termini di attività cinetica dell'atmosfera circostante. Tuttavia la temperatura del vuoto non può essere misurata in questo modo, bensì viene determinata dalla misurazione della radiazione. Tutto l'universo osservabile è riempito di fotoni che sono stati creati durante il Big Bang, e che rappresentano la radiazione cosmica di fondo a microonde (CMB) (molto probabilmente vi è un corrispondente numero elevato di neutrini chiamato fondo cosmico di neutrini.). L'attuale temperatura di corpo nero della radiazione di fondo è di circa (). Alcune regioni dello spazio possono contenere particelle altamente energetiche che hanno una temperatura molto più alta della CMB, come la corona del Sole.

Al di fuori di un'atmosfera e di un campo magnetico protettivi, ci sono pochi ostacoli al passaggio attraverso lo spazio delle particelle subatomiche ad alta energia note come raggi cosmici. Queste particelle hanno energie che vanno da circa eV fino a un estremo eV di raggi cosmici ad altissima energia. Il picco di flusso dei raggi cosmici si verifica a energie di circa 109 eV, con circa l'87% di protoni, 12% di nuclei di elio e l'1% di nuclei più pesanti.. Il flusso di elettroni è solo l'1% circa di quello dei protoni per tutte le gamme di energia. I raggi cosmici possono danneggiare i componenti elettronici e rappresentano una minaccia per la salute dei viaggiatori nello spazio.

Confini

Non vi sono confini netti tra l'atmosfera terrestre e lo spazio, dove la densità dell'atmosfera si riduce gradualmente all'aumentare dell'altezza. Sono stati designati alcuni limiti scientifici e più precisamente: