Геостационарные спутники работают на высоте 35 786 км. Это значит, что они находятся за пределами атмосферы Земли, в ближнекосмическом вакууме, который заполнен редкими частицами газа, в основном водорода, утекающего с Земли в межпланетное пространство, а также пылевидными частицами кометного и метеорного происхождения. Отсутствие атмосферы обеспечивает износостойкость геостационарных спутников благодаря отсутствию осадков, окисления и трения о воздух, приводящего к потере высоты.

Спутники дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) живут на низких околоземных орбитах, на высоте 160—2000 км. Здесь атмосфера Земли есть и по космическим меркам она достаточно плотная. Орбиты спутников находятся в средней и верхней части термосферы и нижней части экзосферы. Здесь ситуация сложнее, чем в ближнекосмическом вакууме: плотность атмосферы на низких околоземных орбитах может существенно меняться на разных участках орбиты и зависит и зависит от освещенности атмосферы в точке полета, а также от активности Солнца. Но давление воздуха здесь все равно гораздо ниже: если нормальное атмосферное давление составляет 101 325 Па (паскаль), то на околоземной орбите — около 1 Па.

Для имитации безвоздушной космической среды на Земле используется вакуум — среда, в которой давление газа ниже нормального атмосферного давления. В зависимости от того, насколько пространство свободно от частиц газа, выделяются несколько уровней вакуума, которым соответствуют свои диапазоны отрицательного давления.

Типы вакуума:

• низкий вакуум (от 105 до 102 Па) имеет широкое применение в производстве и повседневной жизни — такой уровень вакуума используется в пылесосах, некоторых типах сушильных аппаратов и т. д., а также как предварительный этап для создания среды еще более низкого давления;'
• средний вакуум (от 102 до 10-1 Па) — этот вакуумный класс используется, например в газоразрядных лампах низкого давления;'
• высокий вакуум (от 10-1 до 10-5 Па) обычно используют в разнообразных устройствах, где применяется электронный поток — электронных лампах и микроскопах, кинескопах, рентгеновских аппаратах;'
• сверхвысокий вакуум (от 10-5 до 10-9 Па) обеспечивает решение целого ряда задач — получение очень чистых поверхностей, не содержащих адсорбированных газов, исследования условий космоса на Земле, в Большом адронном коллайдере, детекторах гравитационных волн и др. научных задачах;'
• чрезвычайно высокий вакуум (<10-9 Па) — под этот вакуумный класс усредненно попадает вся Вселенная.

На Земле самая низкая естественная температура, наблюдавшаяся на ее поверхности, составляет −89,2° C, она была зафиксирована на советской станции «Восток» в Антарктиде 21 июля 1983 г. Спутниковые данные, собранные во время антарктической полярной ночи в 2004–2016 гг., показали обширную область высокогорного Восточно-Антарктического плато, где температура поверхности снега регулярно достигает −90 °C и ниже, а абсолютным минимумом стал показатель в −98,6 °С.

С искусственным понижением температуры на Земле ученые постоянно экспериментируют, стремясь к абсолютному нулю (0 по Кельвину или -273,15 °С), при котором прекращается броуновское движение. Этот интерес объясняется необычными свойствами, которые вещества показывают при сверхнизких температурах, что открывает возможности для создания сверхпроводников, сложных наноструктур, квантовых компьютеров.

Команда исследователей из Университета Лейбница в Ганновере изучала квантовые свойства т. н. пятого агрегатного состояния материи, конденсата Бозе – Эйнштейна — облака охлажденных атомов, которое ведет себя как единый квантовый объект. Ученым удалось захватить облако атомов газообразного рубидия в магнитном поле внутри вакуумной камеры, а затем охладить камеру до уровня примерно 2 пикокельвинов (2 миллиардных градуса Кельвина), что стало новым рекордом в сверхнизких температурах. Однако этого ученым показалось мало, и чтобы избавиться от влияния гравитации и замедлить броуновское движение атомов рубидия, исследователи имитировали свободное падение на башне Центра прикладных космических технологий и микрогравитации при Бременском университете. Эксперимент, результаты которого были опубликованы в 2021 г., показал, что температура в течение около 2 сек. оставалась на уровне 38 пикокельвинов.

В Солнечной системе самой низкой измеренной температурой стала температура в −235 °C, зафиксированная в 1989 г. космическим аппаратом «Вояджер-2» на поверхности Тритона, спутника Нептуна. Самым холодным известным естественным местом во Вселенной является открытая в 1979 г. австралийскими астрономами туманность Бумеранг, которая находится в созвездии Центавра (примерно в 5000 световых лет от Земли). По данным Европейского космического агентства, его средняя температура составляет −272° С (около 1 К).

С самой высокой естественной температурой, зафиксированной на Земле, ситуация достаточно запутанная. Официально признанным считается рекорд, установленный 10 июля 1913 г. на ранчо Фернис Крик в Долине Смерти в США, — плюс 56,7 °C. Затем его сменил максимум в 57,8 °C, зарегистрированный 13 сентября 1922 г. в ливийском городе Эль-Азизия, но в 2012 г. он был аннулирован, сомнениям также подвергается и рекорд 1913 г. Если учитывать неподтвержденные данные, то максимум температуры на поверхности Земли зафиксирован 15 июля 1972 г. в Долине Смерти по спутниковым данным — плюс 93,9 °C.

Самая высокая рукотворная температура, достигнутая на Земле, составляет 10 трлн К, что сравнимо с температурой Вселенной в первые секунды ее жизни и в 100 тыс. раз превышает температуру в недрах Солнца. Она была достигнута на Большом Адронном Коллайдере в ноябре 2010 г. при столкновении ионов свинца, ускоренных до околосветовых скоростей.

В Солнечной системе, если не брать само Солнце, эффективная температура поверхности которого составляет скромные по звездным меркам 5,78 тыс. К, самым горячим местом является Венера. Температура поверхности Венеры колеблется в районе 370° C, а в максимуме достигает 464° C. Во Вселенной самым горячим объектом является сверхмассивная черная дыра в центре галактики BL Lacertae в созвездии Ящерицы, находящейся на расстоянии в 900 млн световых лет от Земли. Черная дыра окружена аккреционным диском плазмы, разогретой до температуры в 1 трлн градусов, что является самой высокой температурой во Вселенной на сегодняшний день. Самой горячей звездой во Вселенной является белый карлик в центре планетарной туманности Красный Паук (NGC 6537) в созвездии Стрельца. Характеристики звезды все еще досконально не исследованы, потому что она укутана в плотный пылевой кокон. Предположительно, отметка поверхностной температуры достигает 150–250 тыс. K, но может превосходить и З40 тыс. K.

Если говорить про доступный человеку космос, то там условия суровы, но не настолько — температура колеблется от −150 до +150 °С. И к этой температуре спутник должен быть готов.

Звук — физическое явление, которое заключается в распространении упругих волн в газообразной, жидкой или твердой среде. Звук определяется несколькими параметрами, но если говорить о громкости, то это достаточно сложная вещь, определяемая звуковым давлением, частотой и формой колебаний. Можно упростить задачу, ограничившись уровнем звукового давления, т. е. интенсивностью звука, которая обычно измеряется в децибелах (дБ). Для человека наиболее естественной средой является воздух, поэтому будем говорить о звуке, распространяемом в воздушной среде.

Окружающие нас повседневные звуки находятся в границах от 10 до 100 дБ, шум выше 120 дБ может быть некомфортен, а выше 140 дБ — представлять опасность для человека.

Некоторые примеры уровня звука:

• 0 дБ — порог слышимости;
• 10-30 дБ — тихие звуки (шелест листвы, шепот, тиканье часов);
• 35-45 дБ — хорошая слышимость (обычный разговор);
• 50-55 дБ — отчетливая слышимость (громкий разговор, звуки дождя, шумовой фон офиса);
• 60-70 дБ — шумно (громкие разговоры, шумный ресторан);
• 80-100 дБ — очень шумно (крик, громкая музыка, звук электроинструментов, двигатели автомобилей, железнодорожный транспорт и метро, производство, гром);
• 110-120 дБ — крайне высокий уровень шума (вертолет, отбойный молоток).

Строго говоря, максимально достижимый уровень звука в воздухе составляет 194 дБ. При такой интенсивности звуковые волны создают полный вакуум между собой, т. е. при превышении этого уровня звук распространяется уже не в воздухе, а толкает его перед собой, создавая область высокого давления, называемую ударной или взрывной волной. Но для общего понимания и более полной картины мы немного выйдем за эти границы, сделав допущение и не разделяя эти явления.

Самым громким звуком в истории человечества считается звук извержения вулкана Кракатау в 1883 г. Тогда вулкан взорвался с такой силой, что практически уничтожил свой остров и атолл, а ударная волна обогнула земной шар 3–4 раза во всех направлениях. Измерительные приборы в 160 км от Кракатау зафиксировали звуки взрыва: 172 дБ, а оценочные данные по эпицентру указывают на 310 дБ. С извержением Кракатау спорит Тунгусское событие 1908 г., когда в атмосферу Земли вошел объект (вероятно, кометного происхождения или часть разрушившегося космического тела) и взорвался на высоте 5–10 км. Сила звука от этого явления также оценочна, предположительно, она могла достигать 300 дБ.

Звуки искусственного происхождения такого уровня не достигали, но также впечатляющие. Советская термоядерная авиационная бомба АН-602, известная как Царь-бомба, была испытана в 1961 г. на ядерном полигоне Сухой Нос (остров Новая Земля). Став бомбой с самым большим энергетическим зарядом, АН-602 произвела и самый громкий звук, когда-либо созданный человеком, расчеты указывают, что речь идет о 224 дБ.

Если говорить о «мирных» рукотворных звуках, то здесь однозначно лидируют ракеты-носители. По информации NASA, ракета-носитель Saturn V, использовавшаяся для отправки людей на Луну, при взлете создавала звук с интенсивностью 204 дБ, который издавали двигатели, развивающие тягу 3,4 млн кг. Менее тяжелые ракеты создают менее впечатляющую, но также очень серьезную звуковую нагрузку — 160–180 дБ и выводимые на орбиту спутники должны быть к ней готовы.