חלל

גילוי

ב־350 לפני הספירה הפילוסוף היווני אריסטו הציע שהטבע מתעב ריק, העיקרון הזה נודע בשם אימת הריק (horror vacui). רעיון זה נבנה על בסיס טיעון אונטולוגי מהמאה ה־5 לפנה"ס של הפילוסוף היוני פרמנידס, שדחה את אפשרות הקיום של ריק בחלל. על סמך הרעיון שריק לא יכול להתקיים הניחו במערב במשך מאות שנים שהחלל אינו יכול להיות ריק. רעיון זה החזיק מעמד משך זמן רב, עוד במאה ה־17, הפילוסוף הצרפתי רנה דקארט טען שהחלל חייב להיות מלא.
בסין העתיקה היו מספר סגנונות מחשבה שונים בנוגע לטבע השמים, חלק עם דמיון להבנה המודרנית של היום. במאה ה־2 לספירה האסטרונום ג'אנג הנג השתכנע שהחלל חייב להיות אינסופי, שנמשך מעבר למנגנון שתומך בשמש והכוכבים. בספרים ששרדו נאמר שהשמים חסרי גבול "ריקים וחסרי תוכן". כמו כן, ה"שמש; ירח; וחברתם הכוכבים; צפים בחלל הריק, נעים או עומדים במקום."
המדען האיטלקי גלילאו גליליי ידע שלאוויר יש מסה ולכן כפוף לכוח הכבידה. ב־1640, הוא הדגים שכוח מתנגד ליצירה של ריק. למרות זאת תלמידו אוונג'ליסטה טוריצ'לי היה זה שהצליח ליצור את המכשיר שהפיק ריק בשנת 1643. הניסיון הזה הביא ליצירת ברומטר הכספית הראשון ויצר סנסציה מדעית באירופה. המתמטיקאי הצרפתי בְּלֶז פסקל הסיק שאם עמודת הכספית (בברומטר) נתמכה באוויר אז היא תהיה קצרה יותר במקום גבוה יותר שבו לחץ האוויר נמוך. ב-1648 גיסו פלורין פרייה חזר על הניסוי בהר פוי דה דום (גובהו 1,465 מ') שבמרכז צרפת וגילה שהעמודה נהייתה קצרה בכ־7.62 ס"מ. הירידה בלחץ מודגמת שוב בנשיאת בלון חצי־מלא במעלה ההר, בזמן העלייה ניתן לראות את הבלון מתרחב בהדרגה ומתכווץ בהדרגה בזמן הירידה.
ב־1650 המדען הגרמני אוטו פון גריקה הרכיב את משאבת הריק הראשונה: מכשיר שהפריך עוד יותר את עיקרון אימת הריק. הוא צדק כשכתב שהאטמוספירה של כדור הארץ מקיפה את כוכב הלכת כמו קליפה, בעלת צפיפות שפוחתת בהדרגה עם גובה. הוא הסיק שחייב להיות ריק בין כדור הארץ והירח.
בחזרה למאה ה־15 חוקר הדתות ניקולאוס קוזאנוס שיער שהיקום חסר מרכז והיקף. הוא האמין שהיקום, אף על פי שאינו אינסופי, חסר גבולות שבהם ניתן להכילו. רעיונות אילו הביאו להשערות בקשר למימד האינסופיות של החלל על ידי הפילוסוף האיטלקי ג'ורדנו ברונו במאה ה־16. הוא הרחיב את רעיון הקוסמולוגיה ההליוצנטרית של קופרניקוס לתפיסה של יקום אינסופי מלא בחומר שהוא קרא אֶתֶר (aether), שלא יצר התנגדות לתנועותם של גופים שמימים. הפילוסוף האנגלי ויליאם גילברט הגיע למסקנה דומה, הוא טען שהכוכבים נראים לנו רק מפני שהם מוקפים באֶתֶר דק או ריק. מקור תפיסת האֶתֶר הוא פילוסופים יונים עתיקים, כולל אריסטו, אשר הגו אותו כתווך דרכו גופים שמימים נעים.
הרעיון של יקום מלא באֶתֶר מפיץ אור נשאר פופולרי בקרב כמה מדענים עד תחילת המאה ה־20. הסוג הזה של אֶתֶר היה נראה כתווך דרכו אור יכול להתפזר. ב־1887 ניסוי מייקלסון־מורלי ניסה להבחין בתנועת כדור הארץ דרך האֶתֶר על ידי התבוננות בשינויים במהירות האור לפי כיוון של תנועת כוכב הלכת.
עם זאת, תוצאת האפס הצביעה שמשהו היה לא בסדר עם הרעיון. הרעיון של האֶתֶר מפיץ האור לאחר מכן ננטש והוחלף על ידי תורת היחסות הפרטית של אלברט איינשטיין, אשר מחזיקה שמהירות האור בריק היא קבועה ולא תלויה בתנועתו של הצופה או מסגרת התייחסות.
האסטרונום המקצועי הראשון שתומך ברעיון של יקום אינסופי היה תומאס דיגס האנגלי ב־1576. אבל קנה המידה נשאר לא ידוע עד מדידת המרחק המוצלחת הראשונה לכוכב סמוך בשנת 1838 על ידי האסטרונום הגרמני פרידריך בסל, שהראה שלכוכב 61 בברבור היה פָּרָלַקְסָה (שינוי מדומה במיקומו של עצם עקב שינוי במיקומו של הצופה) של 0.31 שנית־קשת (בהשואה לערך המודרני של 0.287). זה שווה למרחק של יותר מ־10 שנות־אור. המרחק לגלקסיית אנדרומדה נקבע על ידי האסטרונום האמריקני אדווין האבל ב־1923 לפי מדידת בהירות של משתנים קפאידים בגלקסיה, טכניקה חדשה זו התגלתה על ידי הנרייטה ליוויט. זה קבע כי גלקסית אנדרומדה, ובהרחבה כל הגלקסיות נמצאות הרבה מחוץ לשביל החלב.
האומדן הידוע המוקדם ביותר של טמפרטורה בחלל החיצון על ידי הפיזיקאי השווייצרי שארל אדואר גיום בשנת 1896. על ידי שימוש בקרינה המשוערת של כוכבי הרקע הוא הגיע למסקנה כי החלל חייב להיות מחומם לטמפרטורה של 5–6 קלווין. הפיזיקאי הבריטי ארתור אדינגטון עשה חישוב דומה והפיק טמפרטורה של 3.18 מעלות בשנת 1926. ב־1933 הפיזיקאי גרמני אריך רגנר השתמש בכלל האנרגיה שנמדדה לקרניים קוסמיות בשביל להעריך טמפרטורה גלקטי של 2.8 קלווין.
התפיסה המודרנית של החלל החיצון על בסיס קוסמולוגית "המפץ הגדול", הוצעה לראשונה בשנת 1931 על ידי הפיזיקאי הבלגי ז'ורז' למטר. תאוריה זו גורסת כי מקורו של היקום הנצפה בצורה מאוד דחוסה שמאז עברה התרחבות מתמדת. האנרגיה הרקע שהשתחררה בהתרחבות הראשונית הפחיתה בקצב קבוע, הובילה ב־1948 על ידי פיזיקאים האמריקאים רלף אלפר ורוברט הרמן לחיזוי של 5 קלווין לטמפרטורה של החלל.
המושג "החלל החיצון" היה בשימוש כבר ב־1842 ידי המשוררת האנגליה אמלין סטיוארט־ורטלי בשירה "הנערה של מוסקבה". הביטוי החלל החיצון שימש כמונח אסטרונומי על ידי אלכסנדר פון הומבולדט ב־1845. המושג נעשה פופולרי בכתביו של הרברט ג'ורג' ולס ב־שנת 1901. המושג הקצר יותר "חלל" ישן יותר והתייחס לחלקה מעל לשמי כדור הארץ והיה בשימוש לראשונה בספרו של ג'ון מילטון גן העדן האבוד, שנת 1667.

צעדי אדם ראשונים בחלל

בשנת 1954 הכריזו ממשלות ארצות הברית וברית המועצות שיש בדעתן לשגר לוויינים מלאכותיים לחקר כדור הארץ במסגרת השנה הגיאופיזית הבינלאומית. בין השנים 1957–1958, הרוסים היו הראשונים שהצליחו לשגר לוויין מלאכותי בשם ספוטניק 1, אשר שוגר ב־4 באוקטובר 1957. לוויין זה ששקל 82.6 ק"ג ונשא רק משדר רדיו שצפצופי ה"פיפ" שלו נקלטו בכל העולם.
בנובמבר של אותה שנה שיגרו הרוסים את "ספוטניק 2" שמשקלו היה 500 ק"ג. הייתה בו הכלבה לייקה, שהתפרסמה כיצור הראשון מכדור הארץ שטס לחלל. משקלו של הלוויין האמריקני הראשון "אקספלורר 1" היה 14 ק"ג בלבד. הוא שוגר ב־1958 וסיים את תפקידו ב־1970 כאשר חדר לאטמוספירה של כדור הארץ ונשרף בה כליל. במשך 16 שבועות שידר מכשיר הרדיו שבלוויין מידע על חגורות החלקיקים בעלי מטען חשמלי שנכחו בשדה המגנטי של כדור הארץ מעל קו המשווה. חגורות אלה קרויות "חגורות ואן אלן" (על שמו של הפיזיקאי האמריקני ג'יימס ואן אלן, שגילה אותן).