太空從哪裡開始？原來有不同的定義？

你有否想過天有多高？地球與太空之間有沒有一道清清楚楚的分界線？很多人以為超過某個高度「空氣突然消失」，就叫做太空。其實，地球的大氣像一條逐漸變薄的羽絨被，沒有明顯的「邊」。所以，「距離地面多高才算是太空？」這個看似簡單的問題，答案牽涉到物理、工程、法律，甚至市場宣傳的角力。

這篇文章會讓你認識大氣各層、卡門線 (Kármán line)、美國的 50 英里標準，到航天工程與國際法的實際需要，最後一起整理：對不同目的來說，「太空在哪裡開始」可以有不同且合理的答案。

空氣不是忽然消失：地球大氣的分層與漸變

想像你穿著羽絨外套，往上拉拉鍊，絨毛不是某點突然不見，而是越來越稀。地球大氣也是這樣：密度隨高度上升而指數式下降，沒有一刀切的「邊界」。

我們把大氣大致分成幾層：對流層 (troposphere) 約 0–12 公里，是飛機巡航和天氣系統活動的地方；平流層 (stratosphere) 約 12–50 公里，有臭氧層；中氣層 (mesosphere) 約 50–85 公里，流星常在這裡燃燒；熱層 (thermosphere) 約 85–600 公里，溫度可飆高但空氣仍極稀薄；更外面是外氣層 (exosphere)，粒子可逃離地球引力，過渡到行星際空間。這些分層有重疊與季節、太陽活動的變化，並非固定的硬邊。

如果用「稀薄程度」來感受：到 100 公里高度，空氣密度比海平面稀薄上百萬倍。換句話說，即使在「所謂的太空邊緣」，仍然不是完全真空，還有少量分子在飛。

卡門線 (Kármán line)：為何是 100 公里？

最廣為人知的答案是 100 公里。這條線叫「卡門線」，由匈牙利裔美國工程師馮·卡門 (Theodore von Kármán) 提出。概念並不是說 100 公里以上就一點空氣也沒有，而是：在某個高度，想用機翼產生升力把載具托住，所需的飛行速度會接近或超過在該高度繞地飛行的軌道速度。簡單說，靠「像飛機那樣」的空氣動力飛行已不實際，必須轉向「像衛星那樣」的高速繞行或火箭推進。

這個高度不是物理上唯一的常數，會因大氣狀態、載具形狀與質量而有所不同。以典型的地球大氣條件與載具特性估算，這個高度落在 80–100 公里之間。100 公里是國際航空運動聯合會 (FAI) 用於紀錄與分類的便利整數，於是逐漸在科普與媒體上被視為「太空的開始」。

值得一提的是，近年的學術分析（例如天文學家 Jonathan McDowell 2018 年的研究）檢視了大量衛星衰減軌道與再入軌跡，指出很多「像衛星那樣」的運動特徵其實在約 80–90 公里就已顯現，因此主張 80 公里更貼近物理與工程上的轉折點。這也引出下一段的美國 50 英里標準。

另一條常見線：美國的 50 英里（約 80 公里）

在美國，NASA 與美國空軍傳統上以 50 英里（約 80.5 公里）作為授予「太空人翼章」的高度門檻。這源於 1960 年代 X-15 火箭飛機的試飛實務：飛到 80–100 公里，高度雖不同，但飛行性質已從空氣動力為主，過渡到以慣性與彈道為主。

因此，當你看到不同公司或機構宣稱「帶你到太空」時，會發現兩種門檻並存：達 80 公里者在美國制度下可稱「進入太空」，而 100 公里則是 FAI 與不少國際媒體採用的記錄標準。兩者沒有孰對孰錯，而是反映「太空邊界」不是唯一、而是多重用途下的約定。

科學與工程的「功能性邊界」

除了 80 或 100 公里，工程上還有幾條常用的「功能線」，幫助任務規劃與風險管理：

再入介面 (entry interface)：美國太空總署常以約 400,000 英尺（約 122 公里）作為太空器再入地球時的計算基準點。過了這一層，空氣動力與熱流開始快速增加，熱防護、姿態控制與通信設計都要相應調整。這不是「太空開始」的定義，而是工程上方便的一個里程碑。

可持續近地軌道 (LEO) 下限：在約 160–200 公里以下，殘餘大氣阻力很快會讓衛星掉軌。150 公里附近的「軌道」通常只能維持幾圈就急遽下降；即使是 200–300 公里，也需要定期加速「拖車」(reboost)。國際太空站 (ISS) 平常在 400 多公里高，就是為了平衡任務需求和大氣阻力。

電離層 (ionosphere) 與通訊：從約 60 公里到上千公里都有電離層，對無線電通訊、導航 (GNSS) 與極光現象至關重要。這再一次提醒我們：由物理現象劃出的「邊」，往往跨越多層高度。

法律與紀錄：誰擁有天空，誰擁有太空？

法律上，國家對「領空」有完全主權，但「外層空間」屬於全人類共同使用。問題是，國際條約並沒有精確寫明「外層空間從幾公里開始」。1967 年的《外層空間條約》(Outer Space Treaty) 訂下了不得主權宣示、和平利用等原則，但避開了硬性高度界線。

實務上，各國多以慣例處理：衛星在幾百公里高空飛越，屬於外空活動，無需逐國請願；航空器在幾萬呎巡航，則受其飛越國家的航空法規約束。至於 80 或 100 公里的選擇，多半用於紀錄認證、勳章頒發或商業宣傳，並不直接改變國際法下的權利義務。

視覺與感受：天空何時變黑、何時失重？

很多人以為「上到 100 公里就沒有重力」。事實上，地心引力在 100 公里只比地面小約 3%。太空人感到「失重」不是因為沒有重力，而是因為他們和太空船一起在自由落體 (free fall) 狀態，不斷向地球掉下去，但同時橫向速度足夠，使彎曲的掉落路徑剛好貼著地球曲率，於是形成繞地飛行。這就是軌道力學的精髓。

那天空何時變黑？其實在 20–30 公里，你已能看到深藍接近黑色的天空與明顯地球弧度；高空氣球的影像常見這個景象。但「看到星星」還牽涉太陽照明與攝影曝光：即使在太空站窗外，若太陽直射且視場內有亮面反射，也未必看得見星星。換言之，「天空顏色」和「是否在太空」不是一一對應。

與日常生活對照：從香港仰望到太空邊緣

把高度感拉回我們熟悉的尺度：太平山約 552 公尺，大帽山約 957 公尺；民航客機巡航高度約 10–12 公里；高空跳傘紀錄約 39–41 公里；中氣層起點在 50 公里；美國 50 英里門檻是 80 公里；卡門線 100 公里；再入介面常抓 120 公里；國際太空站在 400 多公里；同步軌道在 35,786 公里。

把 100 公里換成水平距離，大概等於香港到廣州的直線距離。想像把這段在地圖上畫出的長度，垂直立起來，就是卡門線的高度。這樣的對比有助於直覺地理解：100 公里對日常生活來說很遙遠，但在行星尺度上其實只是「貼著地表的一層薄霧」。

太空旅遊與商業宣傳：為何不同公司報的高度不同？

近年太空旅遊起飛，兩種路線特別常見：次軌道 (suborbital) 彈道飛行，以及軌道 (orbital) 之旅。前者像拋物線：火箭帶你衝上高空，再自由落體下來；後者則要達到每秒約 7.8 公里的橫向速度，真正「繞地一圈」。

次軌道飛行中，Blue Origin 的 New Shepard 通常飛過 100 公里，而 Virgin Galactic 的太空飛機常在 80–90 公里。前者會強調「超越卡門線」，後者則依照美國 50 英里標準頒授太空人翼章。兩家說法都自有依據。消費者不妨把焦點放在飛行體驗與安全規格：是短暫幾分鐘失重、窗外看彎彎地平線的次軌道；還是長時間在近地軌道生活、每天 16 次日出日落的軌道之旅？

邊界會移動嗎？太陽活動與大氣變化

卡門線作為約定俗成的「象徵線」當然不會每天搬家，但與它相關的物理條件確實在呼吸。當太陽活動旺盛時，高層大氣受加熱膨脹，某些高度的密度會上升，讓同一軌道高度的阻力變大，衛星衰減加快。反之在太陽極小期，上層大氣收縮，拖曳減少，衛星壽命拉長。

這種變化也影響我們前面提到的「功能性邊界」：例如最低可持續軌道的高度、再入熱環境的預估，都要隨太陽週期、季節與地磁狀態調整。換言之，即使我們喜歡整數與清晰線條，真實世界更多是「區間」與「可能性分布」。

常見迷思澄清

迷思一：「過了 100 公里就沒有空氣和聲音。」澄清：仍有極少量氣體與等離子體，聲波在如此稀薄環境難以像地面那樣傳播，但不是絕對真空。

迷思二：「太空就是沒有重力。」澄清：重力幾乎無處不在；失重來自自由落體。國際太空站上的重力只比地面小一點點。

迷思三：「看見星星就代表到了太空。」澄清：觀星與否取決於亮度對比與視覺條件，並非太空的定義。

把各種高度放在一張腦內地圖

如果我們要做一張「腦內高度地圖」，可以這樣記：

0–12 公里：天氣與客機的世界。12–50 公里：平流層，氣球達人與臭氧守護。50–85 公里：中氣層，流星劃過。85–600 公里：熱層，電離層活躍，極光跳舞。80 公里：美式「太空」門檻。100 公里：卡門線，象徵性分界。120 公里：再入計算的常用起點。160–200 公里：軌道可持續性的下緣。400 多公里：國際太空站的鄰里。35,786 公里：同步衛星的「停車位」。更外面，地月空間與行星際。

這張圖不要求每條線都精準不變，而是幫我們在腦海裡搭一座從藍天到星海的梯子。