太空

定义

按《辞海》的解释，太空又称空间、外层空间、宇宙空间，指的是地球大气圈以外的那部分宇宙空间^[1]。与之相应，国际上也把“地球大气层以外的空间”称为外层空间，简称外空^[6]。有学术资料把太阳系以内的部分分为行星空间和行星际空间，把太阳系以外分为恒星际空间、恒星系空间和星系际空间；一些国际组织还把距地球约 38.4 万公里以上的区域称为深空，把地球静止轨道高度约 3.58 万公里及其以下的区域称为近地空间^[7]。

在中文语境中，“太空”与“空间”的用法略有差别：前者专指地球大气层以外的整体区域，后者外延更广，也指一般意义上物质存在的广延形式；对于行星之间、日地之间等局部区域，习惯上称“空间”而不称“太空”^[1]。大气层与太空之间并不存在类似海陆界线那样的明确分野，联合国和平利用外层空间委员会也未从科学标准上确切划定二者的界限^[6]。

原理

太空通常被描述为接近完美的真空，其中没有可供呼吸的空气，但并非空无一物：粒子、辐射、气体、尘埃、磁场和宇宙射线弥漫其间，不同区域的物质密度差别很大^[4]。从地球仰望，太空呈黑色，原因在于缺乏散射阳光的大气层，而黑色背景之上可见月球、行星、恒星等明亮天体^[4]。

划分太空下界的通行思路来自飞行力学。飞机依靠机翼与空气相对运动产生升力，升力 $L$ 与空气密度 $\rho$ 成正比，可用 $L=\tfrac{1}{2}\rho v^{2} S C_L$ 表示，其中 $v$ 为真实空速，$S$ 为机翼面积，$C_L$ 为升力系数；高度越高，空气越稀薄，维持飞行所需速度越大^[2]。到了某一高度，所需速度已接近该高度的轨道速度，航天器改由离心力与重力相平衡来维持运行，空气动力飞行不再可行^[2]。据科普中国资料，低地球轨道上的航天器轨道速度约为每小时 27000 公里^[2]。

太空环境的物理特征也决定了许多技术条件。低地球轨道上的航天器处于失重状态，表面张力可使液体形成标准球体，晶体生长更均匀，火焰呈球形；与此同时，缺少大气和低层磁场屏蔽，高能电子、质子和宇宙射线构成辐射威胁^[8]。有研究指出，太空中质子、中子、α 粒子等电离能力强但穿透力弱，高能电子可穿透毫米级铝板，X 射线和伽马射线穿透力最强，10 毫米厚的铝板也只能屏蔽约 80% 的伽马射线^[5]。

发展历程

人类对太空的认识先于航天技术。古代文献中的“太空”多指极高的天空，《辞源》1915 年版将其释为“谓天也”，即包围地球的空间^[1]。20 世纪中叶以后，随着火箭与人造卫星出现，太空才从观测对象变为可达的活动区域。1957 年，第一颗人造地球卫星发射，联合国随即关注相关立法问题^[9]。

关于太空起点，西奥多·冯·卡门在 20 世纪 50 年代提出依据飞行力学确定大气飞行与航天飞行分界的思路，相关概念最早见于 1957 年的一篇空间法论文；国际航空联合会于 1960 年将卡门线定为 100 千米，用于区分航空与航天记录^[10]。不过也有研究认为，冯·卡门本人并未直接提出 100 千米这一数值，100 千米是当时一个非正式科学家小组确定的选择^[10][11]。

在法律层面，联合国大会于 1959 年设立和平利用外层空间委员会，该委员会先后拟订并经联大通过 5 项外空条约，包括 1967 年《关于各国探索和利用包括月球和其他天体在内外层空间活动的原则条约》以及援救协定、责任公约、登记公约和月球协定^[12]。1967 年条约确立了探索利用自由、不得将外层空间据为己有等原则，被视为外空国际秩序的基础^[9]。

进入 21 世纪，太空活动的参与主体趋向多元，商业航天不断发展，空间碎片、空间资源开发等问题进入外空治理议程^[13]。2018 年，天体物理学者乔纳森·麦克道尔依据约 4.3 万颗卫星的轨道遥测数据提出，以大气阻力可忽略的高度衡量，太空下界约在 80 千米附近，这一观点引发了关于卡门线的再度讨论^[11]。

应用

太空的高远位置本身就是一种资源。借助卫星，人类已开展通信、气象和对地遥感观测，卫星直接电视广播、遥感地球等活动的原则也由联合国大会陆续通过^[14][9]。在通信与导航领域，不同轨道承担不同任务：低地球轨道高度低于 2000 千米，常用于地球观测；中地球轨道高度约 2000 至 36000 千米，多用于导航系统；地球同步轨道高度约 36000 千米，多用于通信卫星^[5]。

微重力与高真空条件为材料科学和生命科学研究提供了地面难以复制的实验环境。中国空间站提供的长期微重力、宇宙辐射等条件，被用于空间生命科学与人体研究、微重力物理科学、空间天文与地球科学等方向；截至 2025 年初，中国空间站已在轨实施 180 余项科学与应用项目^[15]。

太空环境还用于农作物诱变育种。航天育种将种子等材料搭载到 200 至 400 千米高的空间，利用宇宙射线、微重力、高真空等因素诱发基因变异，返回地面后再筛选培育^[16]。中国自 1987 年首次利用返回式卫星搭载水稻、番茄、青椒等种子，此后形成相对系统的育种体系^[17]。据 2024 年报道，中国已进行航天育种搭载实验 3000 余项，育成主粮品种 240 多个，年增产粮食 20 多亿公斤^[18]。

局限

太空与大气层的分界至今缺乏统一的科学和法律标准。联合国和平利用外层空间委员会不能确切划分二者界限，其法律小组委员会关于外层空间定义和划界的工作长期未形成多边协议；各国实践也不一致，例如美国将海平面以上 80 千米作为航天员认定标准，俄罗斯认为发射到 100 至 110 千米以上属于发射到太空^[6][19]。因大气状态随时间和地点变化，100 千米这一数值本身也不是精确的自然界线。

太空环境对人造设备和生物体具有损害性。辐射会导致稀土掺杂光纤损耗增加、激光性能下降，严重时无激光输出；现有材料难以完全屏蔽高能电磁辐射^[5]。航天员在轨长期驻留时，失重与辐射会影响身体机能，相关医学研究仍在推进^[20]。此外，太空活动日益密集，空间碎片的产生与治理构成新的约束，减少空间碎片准则由外空委科学技术小组委员会于 2007 年通过^[21]。

就航天育种而言，其诱变方向无法人为控制：送入太空的种子平均突变率仅为千分之几，其中朝高产、早熟、抗病等期望方向变异的只占少数，更多变异反而不利于生产，因而必须配合长期田间选择与分子检测^[17]。也有研究表明，突变结果与在太空停留时间长短没有直接关系^[22]。

参见

• 卡门线 —— 国际航空联合会用于区分大气层与太空的界线。

• 外层空间条约 —— 规定太空探索利用基本原则的国际条约。

• 航天 —— 进入、探索和利用太空及地球以外天体的活动总称。

• 空间站 —— 在近地轨道长期运行的载人与实验平台。

• 人造卫星 —— 在太空轨道上运行的人造航天器。

• 航天育种 —— 利用太空环境诱发种子变异的育种技术。