지표와 우주는 벽이나 막으로 구분되는 게 아니라 연결되어 있다는 걸 생각하면 공포를 느끼는 사람도 있을 쑤 있다. 치명적인 우주 방사선으로부터 보호나 물 순환 등 지구 대기는 생명에 있어 중요한 역할을 하고 있지만 지구 크기를 감안하면 박피 같은 두께 밖에 안 된다. 이런 지구 하늘은 도대체 어디까지일까. 어디부터 우주일까.
대기 밀도가 낮아지면 기압이 내려가기 때문에 비행기 고도가 급격하게 바뀌면 귀와 코를 연결하는 얇은 관인 귀관에도 영향을 준다. 비행기가 이륙할 때 귀가 아파질 수 있는 건 이런 기압 변화에 의한 것이다.
고도가 올라가고 공기가 점점 얇아지면 보통 비행기에선 양력을 얻을 수 없어 날 수 없게 된다. 이 비행기가 날 수 없게 되는 경계가 지구 대기 끝이며 우주 시작이다.
구체적으로 어떤 높이가 되면 비행기가 날 수 없는지는 다양한 조건에 따라 달라진다. 다만 항공 분야 많은 기관은 편의상 고도 100km 카르만라인(Karmán line)을 기준으로 하고 있다. 이는 헝가리 출신 항공 공학자 카르만(Kármán Tódor) 이름에서 따온 것이다. 그럼에도 불구하고 카르만라인은 물리적이 아니어서 누군가 고도 100km에 도달해도 특별히 아무 것도 변하지 않고 카르만라인을 알지 못한다.
고도 100km라는 높이는 깔끔한 수치로 떨어질 뿐 아니라 공학적 의미도 있다. 카르만라인은 인공위성이 타오르거나 궤도에서 벗어나 버리지 않고 지구를 최저라도 일주할 수 있는 대략적인 영역이다. 물론 인공위성은 지구를 일주하는 것 정도가 아니기 때문에 지구 저궤도라고 불리는 최저 영역을 주회하는 인공위성도 고도 160km 이상에서 1,000km 이하를 날고 있다. 하지만 지구 상층 대기에 의한 저항으로 속도가 떨어지기 때문에 몇 년씩 돌면 궤도에서 이탈해버린다고 한다.
그렇다면 고도 100km를 넘으면 대기가 사라질까. 그렇지도 않다. 지구 대기 흔적이 사라지려면 이보다 수만km까지 올라가야 한다. 또 바깥쪽으로 퍼질 수도 있다. 비행기는 100km까지만 날 수 있지만 기내에 여압되지 않은 비행기를 타고 있는 인간이나 하늘을 나는 새는 좀더 빨리 한계에 도달한다. 높은 산에 오르면 물이 100도보다 낮은 온도에서 끓어버리듯 기압이 낮아지면 물이 기체가 되는 온도가 내려가고 곧 체온에서도 끓게 되어 버리기 때문.
원리적으론 동물이라도 카르만라인에 갈 수 있지만 실제로 동물은 폐속에 액체가 끓을 정도로 기압이 낮아지는 지상 20km 암스트롱 한계(Armstrong limit)를 넘는 고도에선 생존할 수 없다고 한다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.