Espacio exterior

El espacio exterior (o simplemente espacio ) es la extensión que existe más allá de la atmósfera terrestre y entre los cuerpos celestes . ^[1] Contiene niveles ultrabajos de densidad de partículas , lo que constituye un vacío casi perfecto ^[2] de plasma predominantemente de hidrógeno y helio , permeado por radiación electromagnética , rayos cósmicos , neutrinos , campos magnéticos y polvo . La temperatura de referencia del espacio exterior, establecida por la radiación de fondo del Big Bang , es de 2,7 kelvin (−270 °C; −455 °F). ^[3]

Se cree que el plasma entre las galaxias representa aproximadamente la mitad de la materia bariónica (ordinaria) del universo, con una densidad numérica de menos de un átomo de hidrógeno por metro cúbico y una temperatura cinética de millones de kelvins . ^[4] Las concentraciones locales de materia se han condensado en estrellas y galaxias . El espacio intergaláctico ocupa la mayor parte del volumen del universo , pero incluso las galaxias y los sistemas estelares consisten casi en su totalidad en espacio vacío. La mayor parte de la masa-energía restante en el universo observable está compuesta de una forma desconocida, denominada materia oscura y energía oscura . ^{[5] [6] [7] [8]}

El espacio ultraterrestre no comienza a una altitud definida sobre la superficie de la Tierra. La línea de Kármán , una altitud de 100 km (62 mi) sobre el nivel del mar , ^{[9] [10]} se utiliza convencionalmente como el comienzo del espacio ultraterrestre en los tratados espaciales y para el mantenimiento de registros aeroespaciales. Ciertas porciones de la estratosfera superior y la mesosfera a veces se denominan "espacio cercano". El marco para el derecho espacial internacional fue establecido por el Tratado del Espacio Ultraterrestre , que entró en vigor el 10 de octubre de 1967. Este tratado excluye cualquier reclamo de soberanía nacional y permite a todos los estados explorar libremente el espacio ultraterrestre . A pesar de la redacción de resoluciones de la ONU para los usos pacíficos del espacio ultraterrestre, se han probado armas antisatélite en la órbita terrestre .

El concepto de que el espacio entre la Tierra y la Luna debe ser un vacío fue propuesto por primera vez en el siglo XVII después de que los científicos descubrieran que la presión del aire disminuía con la altitud. La inmensa escala del espacio exterior se comprendió en el siglo XX cuando se midió por primera vez la distancia a la galaxia de Andrómeda . Los humanos comenzaron la exploración física del espacio más tarde en el mismo siglo con la llegada de los vuelos en globo a gran altitud . A esto le siguieron los vuelos con cohetes tripulados y, luego, la órbita terrestre tripulada, lograda por primera vez por Yuri Gagarin de la Unión Soviética en 1961. El costo económico de poner objetos, incluidos humanos, en el espacio es muy alto, lo que limita los vuelos espaciales humanos a la órbita baja de la Tierra y la Luna . Por otro lado, las naves espaciales no tripuladas han llegado a todos los planetas conocidos en el Sistema Solar . El espacio exterior representa un entorno desafiante para la exploración humana debido a los peligros del vacío y la radiación . La microgravedad tiene un efecto negativo en la fisiología humana que causa atrofia muscular y pérdida ósea .

El uso de la versión corta " espacio ", que significa "la región más allá del cielo de la Tierra", es anterior al uso del término completo "espacio exterior", con el primer uso registrado de este significado en un poema épico de John Milton llamado Paraíso perdido , publicado en 1667. ^{[11] [12]}

El término espacio exterior existía en un poema de 1842 de la poeta inglesa Lady Emmeline Stuart-Wortley llamado "La doncella de Moscú", ^[13] pero en astronomía el término espacio exterior encontró su aplicación por primera vez en 1845 por Alexander von Humboldt . ^[14] El término fue finalmente popularizado a través de los escritos de H. G. Wells después de 1901. ^[15] Theodore von Kármán utilizó el término de espacio libre para nombrar al espacio de altitudes sobre la Tierra donde las naves espaciales alcanzan condiciones suficientemente libres de arrastre atmosférico, diferenciándolo del espacio aéreo , identificando un espacio legal por encima de territorios libres de la jurisdicción soberana de los países. ^[16]

"Transportado por el espacio" denota existir en el espacio exterior, especialmente si es transportado por una nave espacial; ^{[17] [18]} de manera similar, "basado en el espacio" significa tener su base en el espacio exterior o en un planeta o luna. ^[19]

Se desconoce el tamaño del universo entero, y podría ser infinito en extensión. ^[20] Según la teoría del Big Bang, el universo primitivo era un estado extremadamente caliente y denso hace unos 13.800 millones de años ^{[21] que} se expandió rápidamente . Unos 380.000 años después, el universo se había enfriado lo suficiente como para permitir que los protones y los electrones se combinaran y formaran hidrógeno, la llamada época de recombinación . Cuando esto sucedió, la materia y la energía se desacoplaron, lo que permitió que los fotones viajaran libremente a través del espacio en continua expansión. ^[22] La materia que quedó después de la expansión inicial ha sufrido desde entonces un colapso gravitacional para crear estrellas, galaxias y otros objetos astronómicos, dejando atrás un vacío profundo que forma lo que ahora se llama espacio exterior. ^[23] Como la luz tiene una velocidad finita, esta teoría limita el tamaño del universo directamente observable. ^[22]

La forma actual del universo se ha determinado a partir de mediciones del fondo cósmico de microondas utilizando satélites como la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson . Estas observaciones indican que la geometría espacial del universo observable es " plana ", lo que significa que los fotones en trayectorias paralelas en un punto permanecen paralelos a medida que viajan a través del espacio hasta el límite del universo observable, excepto por la gravedad local. ^[24] El universo plano, combinado con la densidad de masa medida del universo y la expansión acelerada del universo , indica que el espacio tiene una energía de vacío distinta de cero , que se llama energía oscura . ^[25]

Se estima que la densidad energética media del universo actual equivale a 5,9 protones por metro cúbico, incluyendo la energía oscura, la materia oscura y la materia bariónica (materia ordinaria compuesta de átomos). Los átomos representan sólo el 4,6% de la densidad energética total, o una densidad de un protón por cada cuatro metros cúbicos. ^[26] La densidad del universo claramente no es uniforme; varía desde una densidad relativamente alta en las galaxias (incluida una densidad muy alta en las estructuras dentro de las galaxias, como los planetas, las estrellas y los agujeros negros ) hasta condiciones en vastos vacíos que tienen una densidad mucho menor, al menos en términos de materia visible. ^[27] A diferencia de la materia y la materia oscura, la energía oscura parece no estar concentrada en las galaxias: aunque la energía oscura puede representar la mayoría de la masa-energía en el universo, la influencia de la energía oscura es cinco órdenes de magnitud menor que la influencia de la gravedad de la materia y la materia oscura dentro de la Vía Láctea. ^[28]

El espacio exterior es la aproximación más cercana conocida a un vacío perfecto . Efectivamente, no tiene fricción , lo que permite que las estrellas, los planetas y las lunas se muevan libremente a lo largo de sus órbitas ideales , siguiendo la etapa de formación inicial . El vacío profundo del espacio intergaláctico no está desprovisto de materia , ya que contiene unos pocos átomos de hidrógeno por metro cúbico. ^[30] En comparación, el aire que respiramos los humanos contiene alrededor de 10 ²⁵ moléculas por metro cúbico. ^{[31] [32]} La baja densidad de materia en el espacio exterior significa que la radiación electromagnética puede viajar grandes distancias sin dispersarse: el camino libre medio de un fotón en el espacio intergaláctico es de aproximadamente 10 ²³  km, o 10 mil millones de años luz. ^[33] A pesar de esto, la extinción , que es la absorción y dispersión de fotones por el polvo y el gas, es un factor importante en la astronomía galáctica e intergaláctica . ^[34]

Las estrellas, los planetas y las lunas conservan sus atmósferas por atracción gravitatoria. Las atmósferas no tienen un límite superior claramente delineado: la densidad del gas atmosférico disminuye gradualmente con la distancia al objeto hasta que se vuelve indistinguible del espacio exterior. ^[35] La presión atmosférica de la Tierra cae a aproximadamente 0,032 Pa a 100 kilómetros (62 millas) de altitud, ^[36] en comparación con los 100 000 Pa de la definición de presión estándar de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) . Por encima de esta altitud, la presión isotrópica del gas se vuelve rápidamente insignificante en comparación con la presión de radiación del Sol y la presión dinámica del viento solar . La termosfera en este rango tiene grandes gradientes de presión, temperatura y composición, y varía mucho debido al clima espacial . ^[37]

La temperatura del espacio exterior se mide en términos de la actividad cinética del gas, ^[38] como en la Tierra. La radiación del espacio exterior tiene una temperatura diferente a la temperatura cinética del gas, lo que significa que el gas y la radiación no están en equilibrio termodinámico . ^{[39] [40]} Todo el universo observable está lleno de fotones que se crearon durante el Big Bang, lo que se conoce como la radiación de fondo de microondas cósmica (CMB). (Es muy probable que haya una cantidad correspondientemente grande de neutrinos llamada el fondo cósmico de neutrinos . ^[41] ) La temperatura actual del cuerpo negro de la radiación de fondo es de aproximadamente 2,7 K (−455 °F). ^[42] Las temperaturas de los gases en el espacio exterior pueden variar ampliamente. Por ejemplo, la temperatura en la Nebulosa Boomerang es de 1 K (−458 °F), ^[43] mientras que la corona solar alcanza temperaturas de entre 1.200.000 y 2.600.000 K (2.200.000 y 4.700.000 °F). ^[44]

Se han detectado campos magnéticos en el espacio que rodea a casi todas las clases de objetos celestes. La formación de estrellas en galaxias espirales puede generar dinamos a pequeña escala , creando intensidades de campo magnético turbulento de alrededor de 5-10 μ G. El efecto Davis-Greenstein hace que los granos de polvo alargados se alineen con el campo magnético de una galaxia, lo que da como resultado una polarización óptica débil . Esto se ha utilizado para mostrar campos magnéticos ordenados que existen en varias galaxias cercanas. Los procesos magnetohidrodinámicos en galaxias elípticas activas producen sus chorros y lóbulos de radio característicos . Se han detectado fuentes de radio no térmicas incluso entre las fuentes de alto z más distantes , lo que indica la presencia de campos magnéticos. ^[45]

Fuera de una atmósfera protectora y de un campo magnético, existen pocos obstáculos para el paso a través del espacio de partículas subatómicas energéticas conocidas como rayos cósmicos. Estas partículas tienen energías que van desde aproximadamente 10 ⁶  eV hasta un extremo de 10 ²⁰  eV de rayos cósmicos de energía ultraalta . ^[46] El flujo máximo de rayos cósmicos se produce a energías de aproximadamente 10 ⁹  eV, con aproximadamente un 87% de protones, un 12% de núcleos de helio y un 1% de núcleos más pesados. En el rango de alta energía, el flujo de electrones es solo alrededor del 1% del de protones. ^[47] Los rayos cósmicos pueden dañar los componentes electrónicos y suponer una amenaza para la salud de los viajeros espaciales. ^[48]

Los olores producidos al regresar de la actividad extravehicular en la órbita terrestre baja tienen un olor a quemado/metálico, similar al olor de los humos de soldadura por arco , resultante del oxígeno en la órbita terrestre baja alrededor de la ISS, que se adhiere a los trajes y al equipo. ^{[49] [50] [51]} Otras regiones del espacio podrían tener olores muy diferentes, como el de diferentes alcoholes en las nubes moleculares . ^[52]

A pesar de las duras condiciones ambientales, se han encontrado varias formas de vida que pueden soportar condiciones espaciales extremas durante períodos prolongados. Las especies de líquenes transportadas en la instalación BIOPAN de la ESA sobrevivieron a la exposición durante diez días en 2007. ^[53] Las semillas de Arabidopsis thaliana y Nicotiana tabacum germinaron después de estar expuestas al espacio durante un año y medio. ^[54] Una cepa de Bacillus subtilis ha sobrevivido 559 días cuando se expuso a la órbita baja de la Tierra o a un entorno marciano simulado. ^[55] La hipótesis de la litopanspermia sugiere que las rocas expulsadas al espacio exterior desde planetas que albergan vida pueden transportar con éxito formas de vida a otro mundo habitable. Una conjetura es que tal escenario ocurrió al principio de la historia del Sistema Solar, con el intercambio de rocas que potencialmente contenían microorganismos entre Venus, la Tierra y Marte. ^[56]

La falta de presión en el espacio es la característica más peligrosa del espacio para los humanos. La presión disminuye por encima de la Tierra, alcanzando un nivel a una altitud de alrededor de 19,14 km (11,89 mi) que coincide con la presión de vapor del agua a la temperatura del cuerpo humano . Este nivel de presión se llama línea de Armstrong , llamada así por el médico estadounidense Harry G. Armstrong . ^[57] En o por encima de la línea de Armstrong, los fluidos en la garganta y los pulmones se evaporan. Más específicamente, los líquidos corporales expuestos, como la saliva, las lágrimas y los líquidos en los pulmones, se evaporan. Por lo tanto, a esta altitud, la supervivencia humana requiere un traje de presión o una cápsula presurizada. ^[58]

En el espacio, la exposición repentina de un humano desprotegido a una presión muy baja , como durante una descompresión rápida, puede causar barotrauma pulmonar , una ruptura de los pulmones, debido a la gran diferencia de presión entre el interior y el exterior del pecho. ^[59] Incluso si la vía aérea del sujeto está completamente abierta, el flujo de aire a través de la tráquea puede ser demasiado lento para evitar la ruptura. ^[60] La descompresión rápida puede romper los tímpanos y los senos nasales, pueden producirse hematomas y filtraciones de sangre en los tejidos blandos, y el shock puede causar un aumento en el consumo de oxígeno que conduce a la hipoxia . ^[61]

Como consecuencia de la rápida descompresión, el oxígeno disuelto en la sangre se vacía en los pulmones para intentar igualar el gradiente de presión parcial . Una vez que la sangre desoxigenada llega al cerebro, los humanos pierden el conocimiento después de unos segundos y mueren de hipoxia en cuestión de minutos. ^[62] La sangre y otros fluidos corporales hierven cuando la presión cae por debajo de 6,3 kilopascales (1 psi), y esta condición se llama ebullismo . ^[63] El vapor puede hinchar el cuerpo al doble de su tamaño normal y ralentizar la circulación, pero los tejidos son lo suficientemente elásticos y porosos como para evitar la ruptura. El ebullismo se ralentiza por la contención de la presión de los vasos sanguíneos, por lo que parte de la sangre permanece líquida. ^{[64] [65]}

La hinchazón y el ebullismo se pueden reducir con la contención en un traje de presión . El traje de protección de altitud de la tripulación (CAPS), una prenda elástica ajustada diseñada en la década de 1960 para los astronautas, previene el ebullismo a presiones tan bajas como 2 kilopascales (0,3 psi). ^[66] Se necesita oxígeno suplementario a 8 km (5 mi) para proporcionar suficiente oxígeno para respirar y prevenir la pérdida de agua, mientras que por encima de los 20 km (12 mi) los trajes de presión son esenciales para prevenir el ebullismo. ^[67] La ​​mayoría de los trajes espaciales utilizan alrededor de 30 a 39 kilopascales (4 a 6 psi) de oxígeno puro, aproximadamente lo mismo que la presión parcial de oxígeno en la superficie de la Tierra. Esta presión es lo suficientemente alta para prevenir el ebullismo, pero la evaporación del nitrógeno disuelto en la sangre aún podría causar enfermedad por descompresión y embolias gaseosas si no se controla. ^[68]

Los humanos evolucionaron para vivir en la gravedad de la Tierra , y se ha demostrado que la exposición a la ingravidez tiene efectos nocivos para la salud humana. Inicialmente, más del 50% de los astronautas experimentan mareos espaciales . Esto puede causar náuseas y vómitos, vértigo , dolores de cabeza, letargo y malestar general. La duración del mareo espacial varía, pero normalmente dura entre 1 y 3 días, después de los cuales el cuerpo se adapta al nuevo entorno. La exposición a largo plazo a la ingravidez da como resultado atrofia muscular y deterioro del esqueleto u osteopenia de vuelo espacial . Estos efectos se pueden minimizar mediante un régimen de ejercicio. ^[69] Otros efectos incluyen redistribución de líquidos, desaceleración del sistema cardiovascular , disminución de la producción de glóbulos rojos , trastornos del equilibrio y debilitamiento del sistema inmunológico . Los síntomas menores incluyen pérdida de masa corporal, congestión nasal, alteración del sueño e hinchazón de la cara. ^[70]

Durante los viajes espaciales de larga duración, la radiación puede suponer un grave riesgo para la salud . La exposición a rayos cósmicos ionizantes de alta energía puede provocar fatiga, náuseas, vómitos, así como daños en el sistema inmunitario y cambios en el recuento de glóbulos blancos . En períodos más prolongados, los síntomas incluyen un mayor riesgo de cáncer, además de daños en los ojos, el sistema nervioso , los pulmones y el tracto gastrointestinal . ^[71] En una misión de ida y vuelta a Marte que dure tres años, una gran fracción de las células del cuerpo de un astronauta serían atravesadas y potencialmente dañadas por núcleos de alta energía. ^[72] La energía de dichas partículas se ve significativamente disminuida por el blindaje proporcionado por las paredes de una nave espacial y puede verse aún más disminuida por los contenedores de agua y otras barreras. El impacto de los rayos cósmicos sobre el blindaje produce radiación adicional que puede afectar a la tripulación. Se necesita más investigación para evaluar los peligros de la radiación y determinar contramedidas adecuadas. ^[73]

La transición entre la atmósfera terrestre y el espacio exterior carece de un límite físico bien definido, ya que la presión del aire disminuye de manera constante con la altitud hasta que se mezcla con el viento solar. Se han propuesto varias definiciones de un límite práctico, que van desde los 30 km (19 mi) hasta los 1.600.000 km (990.000 mi). ^[16]

Las aeronaves de gran altitud , como los globos aerostáticos, han alcanzado altitudes sobre la Tierra de hasta 50 km. ^[74] Hasta 2021, Estados Unidos designaba a las personas que viajan a una altitud superior a 50 mi (80 km) como astronautas. ^[75] Las alas de astronauta ahora solo se otorgan a los miembros de la tripulación de naves espaciales que "demostraron actividades durante el vuelo que fueron esenciales para la seguridad pública o contribuyeron a la seguridad de los vuelos espaciales humanos". ^[76]

En 2009 se realizaron mediciones de la dirección y velocidad de los iones en la atmósfera desde un cohete sonda . La altitud de 118 km (73,3 mi) sobre la Tierra fue el punto medio para las partículas cargadas que pasaron de los suaves vientos de la atmósfera terrestre a los flujos más extremos del espacio exterior. Estos últimos pueden alcanzar velocidades muy superiores a los 268 m/s (880 ft/s). ^{[77] [78]}

Las naves espaciales han entrado en una órbita altamente elíptica con un perigeo tan bajo como 80 a 90 km (50 a 56 mi), sobreviviendo durante múltiples órbitas. ^[79] A una altitud de 120 km (75 mi), ^[79] las naves espaciales que descienden, como el transbordador espacial de la NASA, comienzan la entrada atmosférica (denominada interfaz de entrada), cuando la resistencia atmosférica se vuelve notable, comenzando así el proceso de cambio de la dirección con propulsores a la maniobra con superficies de control aerodinámicas. ^[80]

La línea de Kármán , establecida por la Federación Aeronáutica Internacional y utilizada internacionalmente por las Naciones Unidas , ^[16] se establece a una altitud de 100 km (62 mi) como una definición de trabajo para el límite entre la aeronáutica y la astronáutica. Esta línea recibe su nombre de Theodore von Kármán , quien defendió una altitud en la que un vehículo tendría que viajar más rápido que la velocidad orbital para derivar suficiente sustentación aerodinámica de la atmósfera para sostenerse, ^{[9] [10]} que calculó que estaba a una altitud de aproximadamente 83,8 km (52,1 mi). ^[74] Esto distingue las altitudes inferiores como la región de la aerodinámica y el espacio aéreo , y las superiores como el espacio de la astronáutica y el espacio libre . ^[16]

No existe un límite de altitud legal reconocido internacionalmente en el espacio aéreo nacional, aunque la línea Kármán es la que se utiliza con más frecuencia para este fin. Se han planteado objeciones a que se establezca este límite demasiado alto, ya que podría inhibir las actividades espaciales debido a preocupaciones sobre violaciones del espacio aéreo. ^[79] Se ha defendido que no se establezca una altitud singular específica en el derecho internacional, sino que se apliquen diferentes límites según el caso, en particular en función de la nave y su propósito. Las naves espaciales han volado sobre países extranjeros a una altura tan baja como 30 km (19 mi), como en el ejemplo del transbordador espacial. ^[74]

El Tratado sobre el Espacio Ultraterrestre proporciona el marco básico para el derecho espacial internacional. Abarca el uso legal del espacio ultraterrestre por parte de los estados nacionales e incluye en su definición de espacio ultraterrestre , la Luna y otros cuerpos celestes. El tratado establece que el espacio ultraterrestre es libre para que todos los estados nacionales lo exploren y no está sujeto a reclamos de soberanía nacional, y llama al espacio ultraterrestre "provincia de toda la humanidad". Esta condición de patrimonio común de la humanidad se ha utilizado, aunque no sin oposición, para hacer cumplir el derecho de acceso y uso compartido del espacio ultraterrestre para todas las naciones por igual, en particular las naciones que no tienen viajes espaciales. ^[81] Prohíbe el despliegue de armas nucleares en el espacio ultraterrestre. El tratado fue aprobado por la Asamblea General de las Naciones Unidas en 1963 y firmado en 1967 por la Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas (URSS), los Estados Unidos de América (EE. UU.) y el Reino Unido (RU). En 2017, 105 estados parte han ratificado o se han adherido al tratado. Otros 25 estados firmaron el tratado, sin ratificarlo. ^{[82] [83]}

Desde 1958, el espacio ultraterrestre ha sido objeto de múltiples resoluciones de las Naciones Unidas. De ellas, más de 50 se refieren a la cooperación internacional en el uso pacífico del espacio ultraterrestre y a la prevención de una carrera armamentista en el espacio. ^{[84] El} Comité de las Naciones Unidas sobre el Uso Pacífico del Espacio Ultraterrestre ha negociado y redactado cuatro tratados adicionales sobre derecho espacial . Aun así, no existe ninguna prohibición legal contra el despliegue de armas convencionales en el espacio, y los Estados Unidos, la URSS, China ^[85] y, en 2019, la India han probado con éxito armas antisatélite . ^[86] El Tratado de la Luna de 1979 entregó la jurisdicción de todos los cuerpos celestes (incluidas las órbitas alrededor de dichos cuerpos) a la comunidad internacional. El tratado no ha sido ratificado por ninguna nación que practique actualmente vuelos espaciales tripulados. ^[87]

En 1976, ocho estados ecuatoriales (Ecuador, Colombia, Brasil, República del Congo, Zaire, Uganda, Kenia e Indonesia) se reunieron en Bogotá, Colombia: con su "Declaración de la Primera Reunión de Países Ecuatoriales", o Declaración de Bogotá , reclamaron el control del segmento de la trayectoria orbital geoestacionaria correspondiente a cada país. ^[88] Estas reivindicaciones no son aceptadas internacionalmente. ^[89]

Un problema cada vez más frecuente en el derecho y la reglamentación del espacio internacional han sido los peligros que supone el creciente número de desechos espaciales . ^[90]

Una nave espacial entra en órbita cuando su aceleración centrípeta debida a la gravedad es menor o igual que la aceleración centrífuga debida al componente horizontal de su velocidad. Para una órbita terrestre baja , esta velocidad es de aproximadamente 7800 m/s (28 100 km/h; 17 400 mph); ^[91] en cambio, la velocidad más rápida jamás alcanzada por un avión tripulado (excluyendo las velocidades alcanzadas por naves espaciales que salen de órbita) fue de 2200 m/s (7900 km/h; 4900 mph) en 1967 por el North American X-15 . ^[92]

Para alcanzar una órbita, una nave espacial debe viajar más rápido que un vuelo espacial suborbital a lo largo de una trayectoria en arco . La energía necesaria para alcanzar la velocidad orbital de la Tierra a una altitud de 600 km (370 mi) es de aproximadamente 36  MJ /kg, que es seis veces la energía necesaria simplemente para ascender a la altitud correspondiente. ^[93] La velocidad de escape necesaria para liberarse por completo del campo gravitatorio de la Tierra y moverse hacia el espacio interplanetario es de aproximadamente 11.200 m/s (40.300 km/h; 25.100 mph). ^[94]

Las naves espaciales en órbita con un perigeo por debajo de los 2000 km (1200 mi) están sujetas al arrastre de la atmósfera terrestre, ^[95] lo que disminuye la altitud orbital. La tasa de decaimiento orbital depende del área de la sección transversal y la masa del satélite, así como de las variaciones en la densidad del aire en la atmósfera superior. A altitudes superiores a los 800 km (500 mi), la vida orbital se mide en siglos. ^[96] Por debajo de los 300 km (190 mi), el decaimiento se vuelve más rápido y la vida útil se mide en días. Una vez que un satélite desciende a 180 km (110 mi), solo tiene horas antes de vaporizarse en la atmósfera. ^[97]

El espacio cercano a la Tierra es físicamente similar al resto del espacio interplanetario, pero alberga una multitud de satélites en órbita terrestre y ha sido objeto de estudios exhaustivos. Para fines de identificación, este volumen se divide en regiones superpuestas del espacio. ^{[98] [99] [100] [101]}

El espacio cercano a la Tierra es la región del espacio que se extiende desde las órbitas bajas de la Tierra hastalas órbitas geoestacionarias.^[98]Esta región incluye las órbitas principales delos satélites artificialesy es el sitio de la mayor parte de la actividad espacial de la humanidad. La región ha visto altos niveles de desechos espaciales, a veces denominadoscontaminación espacial, que amenazan cualquier actividad espacial en esta región.^[98]Algunos de estos desechos vuelven a ingresar a la atmósfera de la Tierra periódicamente.^[102]Aunque cumple con la definición de espacio exterior, la densidad atmosférica dentro del espacio orbital terrestre bajo, los primeros cientos de kilómetros por encima de la línea de Kármán, todavía es suficiente para produciruna resistenciaen los satélites.^[97]

El geoespacio es una región del espacio que incluye la atmósfera superior y la magnetosfera de la Tierra . ^[99] Los cinturones de radiación de Van Allen se encuentran dentro del geoespacio. El límite exterior del geoespacio es la magnetopausa , que forma una interfaz entre la magnetosfera de la Tierra y el viento solar. El límite interior es la ionosfera . ^{[104] [105]}

Las condiciones climáticas espaciales variables del geoespacio se ven afectadas por el comportamiento del Sol y el viento solar; el tema del geoespacio está interrelacionado con la heliofísica , el estudio del Sol y su impacto en los planetas del Sistema Solar. ^[106] La magnetopausa del lado diurno está comprimida por la presión del viento solar: la distancia subsolar desde el centro de la Tierra es típicamente de 10 radios terrestres. En el lado nocturno, el viento solar estira la magnetosfera para formar una cola magnética que a veces se extiende a más de 100-200 radios terrestres. ^{[107] [108]} Durante aproximadamente cuatro días de cada mes, la superficie lunar está protegida del viento solar a medida que la Luna pasa a través de la cola magnética. ^[109]

El geoespacio está poblado por partículas cargadas eléctricamente a densidades muy bajas, cuyos movimientos están controlados por el campo magnético de la Tierra . Estos plasmas forman un medio desde el cual perturbaciones similares a tormentas impulsadas por el viento solar pueden impulsar corrientes eléctricas hacia la atmósfera superior de la Tierra. Las tormentas geomagnéticas pueden perturbar dos regiones del geoespacio, los cinturones de radiación y la ionosfera. Estas tormentas aumentan los flujos de electrones energéticos que pueden dañar permanentemente la electrónica de los satélites, interfiriendo con la comunicación por radio de onda corta y la ubicación y sincronización del GPS . ^[110] Las tormentas magnéticas pueden ser un peligro para los astronautas, incluso en la órbita terrestre baja. Crean auroras que se ven en latitudes altas en un óvalo que rodea los polos geomagnéticos . ^[111]

El espacio xGeo es un concepto utilizado por los EE. UU. para referirse al espacio de las órbitas terrestres altas , que van desde más allá de la órbita geosincrónica (GEO) a aproximadamente 35.786 km (22.236 mi), ^[100] hasta el punto de Lagrange L2 Tierra-Luna a 448.900 km (278.934 mi). Esto se encuentra más allá de la órbita de la Luna y, por lo tanto, incluye el espacio cislunar. ^{[112] El espacio translunar es la región de} las órbitas de transferencia lunares , entre la Luna y la Tierra. ^[113] El espacio cislunar es una región fuera de la Tierra que incluye las órbitas lunares , el espacio orbital de la Luna alrededor de la Tierra y los puntos de Lagrange . ^[101]

La región donde el potencial gravitatorio de un cuerpo permanece dominante frente a los potenciales gravitatorios de otros cuerpos es la esfera de influencia del cuerpo o pozo de gravedad, descrita principalmente con el modelo de esfera de Hill . ^[114] En el caso de la Tierra, esto incluye todo el espacio desde la Tierra hasta una distancia de aproximadamente el 1% de la distancia media de la Tierra al Sol, ^[115] o 1,5 millones de km (0,93 millones de mi). Más allá de la esfera de Hill de la Tierra se extiende a lo largo de la trayectoria orbital de la Tierra su espacio orbital y coorbital . Este espacio está copoblado por grupos de objetos cercanos a la Tierra (NEO) coorbitales , como los libradores en forma de herradura y los troyanos terrestres , y algunos NEO a veces se convierten en satélites temporales y cuasi-lunas de la Tierra. ^[116]

El espacio profundo es definido por el gobierno de los Estados Unidos como todo el espacio exterior que se encuentra más lejos de la Tierra que una órbita terrestre baja típica, asignando así la luna al espacio profundo. ^[117] Otras definiciones varían el punto de partida del espacio profundo desde "Lo que se encuentra más allá de la órbita de la luna", a "Lo que se encuentra más allá de los confines más lejanos del propio Sistema Solar". ^{[118] [119] [120]} La Unión Internacional de Telecomunicaciones responsable de la comunicación por radio , incluso con satélites, define el espacio profundo como "distancias desde la Tierra iguales o mayores a 2 millones de kilómetros (1,2 millones de millas)", ^[121] que es aproximadamente cinco veces la distancia orbital de la Luna , pero que también es mucho menor que la distancia entre la Tierra y cualquier planeta adyacente. ^[122]

El espacio interplanetario dentro del Sistema Solar es el espacio entre los ocho planetas, el espacio entre los planetas y el Sol, así como el espacio más allá de la órbita del planeta más externo, Neptuno , donde el viento solar permanece activo. El viento solar es una corriente continua de partículas cargadas que emanan del Sol y que crea una atmósfera muy tenue (la heliosfera ) durante miles de millones de kilómetros en el espacio. Este viento tiene una densidad de partículas de 5-10 protones /cm3 ^y se mueve a una velocidad de 350-400 km/s (780.000-890.000 mph). ^[123] El espacio interplanetario se extiende hasta la heliopausa , donde la influencia del entorno galáctico comienza a dominar el campo magnético y el flujo de partículas del Sol. ^[124] La distancia y la fuerza de la heliopausa varían según el nivel de actividad del viento solar. ^[125] La heliopausa a su vez desvía los rayos cósmicos galácticos de baja energía, y este efecto de modulación alcanza su punto máximo durante el máximo solar. ^[126]

El volumen del espacio interplanetario es un vacío casi total, con un recorrido libre medio de aproximadamente una unidad astronómica a la distancia orbital de la Tierra. Este espacio no está completamente vacío, y está escasamente lleno de rayos cósmicos, que incluyen núcleos atómicos ionizados y varias partículas subatómicas. Hay gas, plasma y polvo, ^[127] pequeños meteoros y varias docenas de tipos de moléculas orgánicas descubiertas hasta la fecha mediante espectroscopia de microondas . ^[128] Una nube de polvo interplanetario es visible por la noche como una banda tenue llamada luz zodiacal . ^[129]

El espacio interplanetario contiene el campo magnético generado por el Sol. ^[123] Existen magnetosferas generadas por planetas como Júpiter, Saturno, Mercurio y la Tierra que tienen sus propios campos magnéticos. Estos están moldeados por la influencia del viento solar en una forma aproximada de lágrima, con la cola larga extendiéndose hacia afuera detrás del planeta. Estos campos magnéticos pueden atrapar partículas del viento solar y otras fuentes, creando cinturones de partículas cargadas como los cinturones de radiación de Van Allen. Los planetas sin campos magnéticos, como Marte, tienen sus atmósferas erosionadas gradualmente por el viento solar. ^[130]

El espacio interestelar es el espacio físico fuera de las burbujas de plasma conocidas como astrosferas , formadas por vientos estelares originados de estrellas individuales, o formadas por viento solar que emana del Sol . ^[131] Es el espacio entre las estrellas o sistemas estelares dentro de una nebulosa o galaxia. ^[132] El espacio interestelar contiene un medio interestelar de materia escasa y radiación. El límite entre una astrosfera y el espacio interestelar se conoce como astropausa . Para el Sol, la astrosfera y la astropausa se denominan heliosfera y heliopausa.

Aproximadamente el 70% de la masa del medio interestelar consiste en átomos de hidrógeno solitarios; la mayor parte del resto consiste en átomos de helio. Esto se enriquece con trazas de átomos más pesados ​​formados a través de la nucleosíntesis estelar . Estos átomos son expulsados ​​al medio interestelar por vientos estelares o cuando las estrellas evolucionadas comienzan a desprenderse de sus envolturas externas, como durante la formación de una nebulosa planetaria . ^[133] La explosión cataclísmica de una supernova propaga ondas de choque de eyección estelar hacia afuera, distribuyéndola por todo el medio interestelar, incluidos los elementos pesados ​​​​previamente formados dentro del núcleo de la estrella. ^[134] La densidad de materia en el medio interestelar puede variar considerablemente: el promedio es de alrededor de 10 ⁶ partículas por m ³ , ^[135] pero las nubes moleculares frías pueden contener 10 ⁸ –10 ¹² por m ³ . ^{[39] [133]}

En el espacio interestelar existen numerosas moléculas que pueden formar partículas de polvo tan pequeñas como 0,1  μm . [ 136 ^] El número de moléculas descubiertas mediante la radioastronomía aumenta constantemente a un ritmo de unas cuatro nuevas especies por año. Grandes regiones de materia de mayor densidad conocidas como nubes moleculares permiten que se produzcan reacciones químicas, incluida la formación de especies poliatómicas orgánicas. Gran parte de esta química está impulsada por colisiones. Los rayos cósmicos energéticos penetran en las nubes frías y densas e ionizan el hidrógeno y el helio, lo que da como resultado, por ejemplo, el catión trihidrógeno . Un átomo de helio ionizado puede entonces dividir el monóxido de carbono relativamente abundante para producir carbono ionizado, que a su vez puede dar lugar a reacciones químicas orgánicas. ^[137]

El medio interestelar local es una región del espacio a 100  pc del Sol, que es de interés tanto por su proximidad como por su interacción con el Sistema Solar. Este volumen casi coincide con una región del espacio conocida como la Burbuja Local , que se caracteriza por la falta de nubes densas y frías. Forma una cavidad en el Brazo de Orión de la galaxia de la Vía Láctea, con densas nubes moleculares a lo largo de los bordes, como las de las constelaciones de Ofiuco y Tauro . La distancia real al borde de esta cavidad varía de 60 a 250 pc o más. Este volumen contiene alrededor de 10 ⁴ –10 ⁵ estrellas y el gas interestelar local contrarresta las astroesferas que rodean a estas estrellas, con el volumen de cada esfera variando dependiendo de la densidad local del medio interestelar. La Burbuja Local contiene docenas de nubes interestelares cálidas con temperaturas de hasta 7.000 K y radios de 0,5–5 pc. ^[138]

Cuando las estrellas se mueven a velocidades peculiares suficientemente altas , sus astroesferas pueden generar ondas de choque en forma de arco al chocar con el medio interestelar. Durante décadas se asumió que el Sol tenía una onda de choque en forma de arco. En 2012, los datos del Interstellar Boundary Explorer (IBEX) y de las sondas Voyager de la NASA mostraron que la onda de choque en forma de arco del Sol no existe. En cambio, estos autores sostienen que una onda de choque subsónica en forma de arco define la transición del flujo del viento solar al medio interestelar. ^{[139] [140]} Una onda de choque en forma de arco es una tercera característica límite de una astroesfera, que se encuentra fuera del choque de terminación y de la astropausa. ^[140]

El espacio intergaláctico es el espacio físico entre las galaxias. Los estudios de la distribución a gran escala de las galaxias muestran que el universo tiene una estructura similar a una espuma, con grupos y cúmulos de galaxias dispuestos a lo largo de filamentos que ocupan aproximadamente una décima parte del espacio total. El resto forma vacíos cósmicos que en su mayoría están vacíos de galaxias. Normalmente, un vacío abarca una distancia de 7 a 30 megapársecs. ^[141]

Alrededor de las galaxias y extendiéndose entre ellas, hay un plasma enrarecido ^[142] que está organizado en una estructura filamentosa galáctica . ^[143] Este material se llama medio intergaláctico (IGM). La densidad de estos filamentos de medio intergaláctico es de aproximadamente un átomo por metro cúbico, ^[144] que es de 5 a 200 veces la densidad promedio del universo ^[145] después de incluir los vacíos cósmicos. Se infiere que el IGM tiene una composición principalmente primordial, con un 76% de hidrógeno en masa, y está enriquecido con elementos de mayor masa provenientes de efluentes galácticos de alta velocidad. ^[146]

A medida que el gas cae al medio intergaláctico desde los vacíos, se calienta hasta alcanzar temperaturas de 10 ⁵  K a 10 ⁷  K. ^[4] Por lo tanto, las colisiones entre átomos tienen suficiente energía para hacer que el electrón ligado escape de los núcleos de hidrógeno; por eso el IGM está ionizado. A estas temperaturas, se le llama medio intergaláctico cálido-caliente (WHIM). Aunque el plasma es muy caliente según los estándares terrestres, 10 ⁵ K se suele llamar "caliente" en astrofísica. Las simulaciones y observaciones por computadora indican que hasta la mitad de la materia atómica del universo podría existir en este estado cálido-caliente, enrarecido. ^{[145] [147] [148]} Cuando el gas cae desde las estructuras filamentosas del WHIM a los cúmulos de galaxias en las intersecciones de los filamentos cósmicos, puede calentarse aún más, alcanzando temperaturas de 10 ⁸  K y más en el llamado medio intracúmulo (ICM). ^[149]

En el año 350 a. C., el filósofo griego Aristóteles sugirió que la naturaleza aborrece el vacío , un principio que se conoció como horror vacui . Este concepto se basó en un argumento ontológico del siglo V a. C. del filósofo griego Parménides , quien negó la posible existencia de un vacío en el espacio. ^[150] Basándose en esta idea de que no podía existir el vacío, en Occidente se sostuvo ampliamente durante muchos siglos que el espacio no podía estar vacío. ^[151] Incluso en el siglo XVII, el filósofo francés René Descartes sostuvo que la totalidad del espacio debía estar llena. ^[152]

En la antigua China , el astrónomo del siglo II Zhang Heng se convenció de que el espacio debe ser infinito y extenderse mucho más allá del mecanismo que sostiene al Sol y las estrellas. Los libros supervivientes de la escuela Hsüan Yeh decían que los cielos eran ilimitados, «vacíos y carentes de sustancia». Del mismo modo, «el Sol, la Luna y el grupo de estrellas flotan en el espacio vacío, moviéndose o estando quietos». ^[153]

El científico italiano Galileo Galilei sabía que el aire tenía masa y, por lo tanto, estaba sujeto a la gravedad. En 1640, demostró que una fuerza establecida resistía la formación de vacío. Le correspondió a su discípulo Evangelista Torricelli crear un aparato que produjera un vacío parcial en 1643. Este experimento dio como resultado el primer barómetro de mercurio y causó sensación científica en Europa. Torricelli sugirió que, dado que el aire tiene peso, la presión del aire debería disminuir con la altitud. ^[154] El matemático francés Blaise Pascal propuso un experimento para probar esta hipótesis. ^[155] En 1648, su cuñado, Florin Périer, repitió el experimento en la montaña Puy de Dôme en el centro de Francia y descubrió que la columna era tres pulgadas más corta. Esta disminución de la presión se demostró aún más al llevar un globo medio lleno hasta una montaña y observar cómo se expandía gradualmente y luego se contraía al descender. ^[156]

En 1650, el científico alemán Otto von Guericke construyó la primera bomba de vacío : un dispositivo que refutaría aún más el principio del horror vacui . Observó correctamente que la atmósfera de la Tierra rodea el planeta como una concha, y que la densidad disminuye gradualmente con la altitud. Concluyó que debe haber un vacío entre la Tierra y la Luna. ^[157]

En el siglo XV, el teólogo alemán Nicolás de Cúsan especuló que el universo carecía de un centro y una circunferencia. Creía que el universo, aunque no era infinito, no podía considerarse finito ya que carecía de límites dentro de los cuales pudiera ser contenido. ^[158] Estas ideas llevaron a las especulaciones sobre la dimensión infinita del espacio por parte del filósofo italiano Giordano Bruno en el siglo XVI. Extendió la cosmología heliocéntrica copernicana al concepto de un universo infinito lleno de una sustancia que llamó éter , que no resistía el movimiento de los cuerpos celestes. ^[159] El filósofo inglés William Gilbert llegó a una conclusión similar, argumentando que las estrellas son visibles para nosotros solo porque están rodeadas por un éter delgado o un vacío. ^[160] Este concepto de éter se originó con los filósofos griegos antiguos, incluido Aristóteles, quien lo concibió como el medio a través del cual se mueven los cuerpos celestes. ^[161]

El concepto de un universo lleno de un éter luminífero mantuvo su apoyo entre algunos científicos hasta principios del siglo XX. Esta forma de éter se consideraba el medio a través del cual la luz podía propagarse. ^[162] En 1887, el experimento de Michelson-Morley intentó detectar el movimiento de la Tierra a través de este medio buscando cambios en la velocidad de la luz en función de la dirección del movimiento del planeta. El resultado nulo indicó que algo andaba mal con el concepto. La idea del éter luminífero fue entonces abandonada. Fue reemplazada por la teoría de la relatividad especial de Albert Einstein , que sostiene que la velocidad de la luz en el vacío es una constante fija, independiente del movimiento del observador o del marco de referencia . ^{[163] [164]}

El primer astrónomo profesional que apoyó el concepto de un universo infinito fue el inglés Thomas Digges en 1576. ^[165] Pero la escala del universo permaneció desconocida hasta la primera medición exitosa de la distancia a una estrella cercana en 1838 por el astrónomo alemán Friedrich Bessel . Demostró que el sistema estelar 61 Cygni tenía una paralaje de solo 0,31  segundos de arco (en comparación con el valor moderno de 0,287″). Esto corresponde a una distancia de más de 10 años luz . ^[166] En 1917, Heber Curtis notó que las novas en nebulosas espirales eran, en promedio, 10 magnitudes más débiles que las novas galácticas, lo que sugiere que las primeras están 100 veces más lejos. ^[167] La ​​distancia a la Galaxia de Andrómeda fue determinada en 1923 por el astrónomo estadounidense Edwin Hubble midiendo el brillo de las variables cefeidas en esa galaxia, una nueva técnica descubierta por Henrietta Leavitt . ^[168] Esto estableció que la galaxia de Andrómeda, y por extensión todas las galaxias, se encontraban muy lejos de la Vía Láctea. ^[169]

El concepto moderno de espacio exterior se basa en la cosmología del "Big Bang" , propuesta por primera vez en 1931 por el físico belga Georges Lemaître . ^[170] Esta teoría sostiene que el universo se originó a partir de un estado de densidad de energía extrema que desde entonces ha experimentado una expansión continua . ^[171]

La primera estimación conocida de la temperatura del espacio exterior fue hecha por el físico suizo Charles É. Guillaume en 1896. Utilizando la radiación estimada de las estrellas de fondo, concluyó que el espacio debe calentarse a una temperatura de 5-6 K. El físico británico Arthur Eddington hizo un cálculo similar para derivar una temperatura de 3,18 K en 1926. El físico alemán Erich Regener utilizó la energía total medida de los rayos cósmicos para estimar una temperatura intergaláctica de 2,8 K en 1933. ^[172] Los físicos estadounidenses Ralph Alpher y Robert Herman predijeron 5 K para la temperatura del espacio en 1948, basándose en la disminución gradual de la energía de fondo después de la entonces nueva teoría del Big Bang . ^[172]

Durante la mayor parte de la historia de la humanidad, el espacio se exploró mediante observaciones realizadas desde la superficie de la Tierra, inicialmente a simple vista y luego con el telescopio. Antes de la tecnología confiable de los cohetes, lo más cerca que los humanos habían estado de alcanzar el espacio exterior era a través de vuelos en globo. En 1935, el vuelo en globo tripulado estadounidense Explorer II ^{alcanzó una altitud de 22 km (14 mi). [174]} Esto se superó en gran medida en 1942 cuando el tercer lanzamiento del cohete alemán A-4 subió a una altitud de aproximadamente 80 km (50 mi). En 1957, el satélite no tripulado Sputnik 1 fue lanzado por un cohete ruso R-7 , alcanzando la órbita terrestre a una altitud de 215-939 kilómetros (134-583 mi). ^[175] A esto le siguió el primer vuelo espacial humano en 1961, cuando Yuri Gagarin fue enviado a órbita en el Vostok 1 . Los primeros humanos en escapar de la órbita baja de la Tierra fueron Frank Borman , Jim Lovell y William Anders en 1968 a bordo del Apolo 8 estadounidense , que alcanzó la órbita lunar ^[176] y una distancia máxima de 377.349 km (234.474 mi) de la Tierra. ^[177]

La primera sonda espacial en alcanzar la velocidad de escape fue la soviética Luna 1 , que realizó un sobrevuelo de la Luna en 1959. ^[178] En 1961, Venera 1 se convirtió en la primera sonda planetaria. Reveló la presencia del viento solar y realizó el primer sobrevuelo de Venus , aunque se perdió el contacto antes de llegar a Venus. La primera misión planetaria exitosa fue el sobrevuelo de Venus en 1962 por parte de la Mariner 2. [ ^179] El primer sobrevuelo de Marte fue realizado por la Mariner 4 en 1964. Desde entonces, las naves espaciales no tripuladas han examinado con éxito cada uno de los planetas del Sistema Solar, así como sus lunas y muchos planetas menores y cometas. Siguen siendo una herramienta fundamental para la exploración del espacio exterior, así como para la observación de la Tierra. ^[180] En agosto de 2012, la Voyager 1 se convirtió en el primer objeto creado por el hombre en abandonar el Sistema Solar y entrar en el espacio interestelar . ^[181]

El espacio ultraterrestre se ha convertido en un elemento importante de la sociedad global y ofrece múltiples aplicaciones que resultan beneficiosas para la economía y la investigación científica.

La colocación de satélites artificiales en órbita terrestre ha producido numerosos beneficios y se ha convertido en el sector dominante de la economía espacial . Permiten la retransmisión de comunicaciones de largo alcance como la televisión, proporcionan un medio de navegación precisa y permiten el seguimiento directo de las condiciones meteorológicas y la teledetección de la Tierra. Esta última función cumple una variedad de propósitos, incluido el seguimiento de la humedad del suelo para la agricultura, la predicción de la salida de agua de los mantos de nieve estacionales, la detección de enfermedades en plantas y árboles y la vigilancia de las actividades militares. ^[182] Facilitan el descubrimiento y el seguimiento de las influencias del cambio climático . ^[183] ​​Los satélites aprovechan la resistencia significativamente reducida en el espacio para permanecer en órbitas estables, lo que les permite abarcar eficientemente todo el globo, en comparación con, por ejemplo, los globos estratosféricos o las estaciones de plataforma de gran altitud , que tienen otros beneficios. ^[184]

La ausencia de aire hace del espacio exterior un lugar ideal para la astronomía en todas las longitudes de onda del espectro electromagnético . Prueba de ello son las espectaculares imágenes enviadas por el telescopio espacial Hubble , que permiten observar luz de hace más de 13.000 millones de años, casi hasta la época del Big Bang. ^[185] No todos los lugares del espacio son ideales para un telescopio. El polvo zodiacal interplanetario emite una radiación difusa cercana al infrarrojo que puede enmascarar la emisión de fuentes débiles como los planetas extrasolares. Mover un telescopio infrarrojo más allá del polvo aumenta su eficacia. ^[186] Del mismo modo, un sitio como el cráter Dédalo en el otro lado de la Luna podría proteger a un radiotelescopio de la interferencia de radiofrecuencia que dificulta las observaciones desde la Tierra. ^[187]

El profundo vacío del espacio podría convertirlo en un entorno atractivo para ciertos procesos industriales, como los que requieren superficies ultralimpias. ^[189] Al igual que la minería de asteroides , la fabricación espacial requeriría una gran inversión financiera con pocas perspectivas de retorno inmediato. ^[190] Un factor importante en el gasto total es el alto costo de colocar masa en órbita terrestre: $ 9,000-$ 30,000 por kg, según una estimación de 2006 (teniendo en cuenta la inflación desde entonces). ^[191] El costo del acceso al espacio ha disminuido desde 2013. Los cohetes parcialmente reutilizables como el Falcon 9 han reducido el acceso al espacio por debajo de los 3500 dólares por kilogramo. Con estos nuevos cohetes, el costo de enviar materiales al espacio sigue siendo prohibitivamente alto para muchas industrias. Los conceptos propuestos para abordar esta cuestión incluyen sistemas de lanzamiento completamente reutilizables , lanzamiento espacial sin cohetes , amarres de intercambio de momento y ascensores espaciales . ^[192]

Los viajes interestelares con tripulación humana siguen siendo, por el momento, una posibilidad teórica. Las distancias a las estrellas más cercanas implican que se necesitarían nuevos desarrollos tecnológicos y la capacidad de mantener tripulaciones de forma segura para viajes que durarían varias décadas. Por ejemplo, el estudio del Proyecto Dédalo , que proponía una nave espacial impulsada por la fusión de deuterio y helio-3 , necesitaría 36 años para llegar al "cercano" sistema Alfa Centauri . Otros sistemas de propulsión interestelar propuestos incluyen velas ligeras , estatorreactores y propulsión impulsada por rayos . Los sistemas de propulsión más avanzados podrían utilizar antimateria como combustible, alcanzando potencialmente velocidades relativistas . ^[193]

Desde la superficie de la Tierra, la temperatura ultra fría del espacio exterior se puede utilizar como una tecnología de enfriamiento renovable para varias aplicaciones en la Tierra a través del enfriamiento radiativo pasivo diurno . ^{[194] [195]} Esto mejora la transferencia de calor de la radiación térmica infrarroja de onda larga (LWIR) a través de la ventana infrarroja de la atmósfera hacia el espacio exterior, lo que reduce las temperaturas ambientales. ^{[196] [197]} Los metamateriales fotónicos se pueden utilizar para suprimir el calentamiento solar. ^[198]