A világűr a világegyetem égitestek közötti légüres térsége. A Föld légköre és a világűr között nincs éles határ. A legáltalánosabban elfogadott határvonal a Nemzetközi Asztronautikai Szövetség által meghatározott 100 kilométeres magasság (a Kármán-vonal), de a funkcionalizmus hívei szerint a világűr ott kezdődik, ahol már létezhet orbitális mozgás. Az Amerikai Egyesült Államokban – éppen emiatt a funkcionalista nézet miatt – a 80 km magasságig eljutott pilótákat már asztronautáknak nevezik és a világűrt megjárt egyénként jegyzik be őket. Az űreszközök visszatérésekor 120 km magasságtól válik jelentőssé a légkör fékező hatása, a visszaúton tehát itt ér véget a világűr. A világűr területi felosztása földközpontú: bolygónktól kifelé induló térségekre osztjuk a teret az alacsony Föld körüli pályától az univerzum határáig.
jobbra|200px|bélyegkép|Az atmoszféra határai
Neve ellenére a világűr nem teljesen üres. Apró porszemcsék, molekulák és atomok formájában itt is van anyag, de sűrűsége olyan kicsi, amilyet a legjobb földi laboratóriumokban sem lehet előállítani. A világűrt 2,7 Kelvin hőmérsékletű kozmikus háttérsugárzás tölti be, amely az ősrobbanás egyik fontos következménye.
A világűr felfedezése 1957. október 4-én indult a Szputnyik–1 felbocsátásával, és azóta is töretlenül halad. A holdra szállás az Apollo-programban, a víz felfedezése a Marson, esetleg a heliopauzát elérő Voyager szondák kiemelkedő eredmények voltak, de mellettük számos más, az űr megismerését szolgáló, kevésbé látványos program is futott. Ezek a programok ötven év alatt több tudást adtak kezünkbe a világegyetemről, mint amennyit az előző több ezer évben tanultunk róla.
A világűr mint környezet
A világűr tökéletesen más, mint megszokott, mindennapi környezetünk. Legfőbb különlegessége a szinte teljes vákuum. Bár a közgondolkodásban az űr a tökéletes vákuum szinonimája, azért a kozmosz (a kifejezést Püthagorasz használta először)Pl. Magyar Katolikus Lexikon - püthagoreusok szócikk. Online sem tökéletesen üres: még az intergalaktikus térben is van köbméterenként néhány hidrogénatom. (Összehasonlításképpen: a földi légkör 5,148 × 1018 kg össztömegéből adódóan a tengerszinten köbcentiméterenként 1019 atomot tartalmaz.)
A világűr határa nem éles, hisz a definícióban szereplő légkör kiterjedése nem határozható meg egzaktul. Egy égitest légköri gázainak sűrűsége az égitesttől távolodva szigorúan monoton csökken, így például a Föld fölött 100 kilométerrel még mindig 1 Pa a nyomás. Ezen a vonalon túl a légköri nyomás a Nap sugárnyomása és a napszél dinamikus nyomása mellett elhanyagolhatóvá válik. A légkör és a világűr határvidékét – azt a térrészt, ahol a légköri gázok sűrűsége a „szokásos”, köbméterenként néhány atomra csökken – termoszférának vagy ionoszférának is nevezik: ebben a fő környezeti hatás már az úgynevezett űridőjárás.
Érdekes módon a szintén ebben a határsávban – az űrhajózásban használt terminus szerint az alacsony Föld körüli pályán (Low Earth Orbit) – mozgó űreszközökre mégis komolyan hat az előbb jelentéktelennek minősített gáz. A műholdakat és a hosszabb ideig odafenn keringő űrállomásokat jelentősen fékezi a légkör felső része – ez egészen odáig fajulhat, hogy az űreszköz elveszti orbitális sebességét, és a sűrű légkörbe visszasüllyedve elég, roncsai esetleg a Föld felszínéig is eljuthatnak. Éppen ezért az alacsony Föld körüli pályán keringő űreszközök pályán tartásához időről időre pályakorrekciókra van szükség: az eszköz pálya menti sebességét növelve meg kell emelni a keringés magasságát.
A világűr nagy részében uralkodó hőmérséklet 2,7 K, azaz −270 °C. Ez a világűrt kitöltő kozmikus háttérsugárzás hatása, és az ősrobbanás mára fennmaradt nyomának, elektromágneses „visszhangjának” tekinthető. Ettől az értéktől régiónként eltérő hőmérséklet is mérhető, ahol az anyagsűrűség nagyobb.Rees, i. m. 45. o.
A világűr körülményeit az ember védőöltözet nélkül nem képes elviselni, azok számára halálosak. Az ilyen környezetbe kerülő emberre többféle veszély leselkedik: a rendkívül alacsony hőmérsékleten megfagyhat, a gyakorlatilag nulla nyomáson a testnedvei felforrhatnak, a levegő hiánya miatt megfulladhat. A halál legvalószínűbb oka ez utóbbi: a tüdőben levő és a külső nyomás azonnal ki akar egyenlítődni, ezért a levegő rögtön kiáramlik a tüdőből, majd a vérben kötött oxigén is igyekszik kiválni a tüdőben, hogy ez is kiáramoljon a környezetbe, végül az oxigén nélkül maradt szervek felmondják a szolgálatot, még mielőtt bekövetkezne a fagyhalál, vagy elforrnának a testnedvek..
A világűr mint sebességhatár A világűr egy másik értelmezése az űrrepüléshez köthető: ez a 100 km-es magasságon túli teret tekinti űrnek. Kármán Tódor mutatta ki aerodinamikai számításokkal, hogy kb. 100 km magasság fölött a repülő test aerodinamikai felületein termelt felhajtóerőnek már nincs jelentősége, mert a megfelelő felhajtóerő termeléséhez már olyan sebességre (első kozmikus sebesség) lenne szükség, ami egyébként is a Föld körül tartaná a repülőeszközt.
Az azonban tévhit, hogy ha egy test egyszer elérte az orbitális sebességet, akkor kering a Föld körül. A földfelszín közelében lehetetlen a mai technikával elérni az orbitális sebességet, mivel a levegő közegellenállása ehhez túl sok energiát igényelne (jelenleg 32 MJ/kg energiát kell befektetni az űreszközök orbitális pályára bocsátásához). A legkisebb olyan magasság, amelyen a keringési sebesség viszonylag tartósan (néhány keringésig) elérhető, 80 km. Itt már olyan ritka a légkör, hogy a technika mai színvonalán rendelkezésre álló tolóerővel elérhető a keringési sebesség, ám mégis van annyira sűrű, hogy a súrlódás fékező hatása az eszközt fokozatosan lelassítsa, és az végül lezuhanjon. A Kármán-féle 100 kilométeres magasság is ezért elméleti, mert ott a keringő tárgyak még nem maradnak fenn stabilan, a stabil pálya fenntartásához szükséges minimum magasság 160 km. A gyakorlatban egy pár napig stabil pályához (ahol a lassulás elég csekély ahhoz, hogy folyamatos gyorsítás és energiabefektetés nélkül akár néhány napig is fennmaradjon az űreszköz) legalább 200 kilométer magasság kell; az évekig stabil pályához 350 km-re vagy e fölé kell eljutni.
A fenti tétel visszafelé is igaz: hiába érjük el a kellő (200 vagy akár 350 km-es) magasságot, az eszközünk csak akkor áll pályára, ha a szükséges sebessége is megvan. Éppen e feltételek alapján különböztetünk meg orbitális repülést és szuborbitális repülést (más néven űrugrást).
Mivel a világűr – szélsőséges leegyszerűsítéssel – az égitestek közötti üres tér, így természetesen a sebességhatáron alapuló elhatárolása nem csak a Földre érvényes, viszont a határ minden égitestre más és más: az a magasság, amin a helyi első kozmikus sebesség már elérhető. A Holdon például a légkör és így az aerodinamikai erők hiánya miatt a szökési sebesség akár a tengerszinten is elérhető, de ha figyelembe vesszük a domborzatot is, úgy a legmagasabb hegycsúcsok fölé kell tennünk azt a körpályát, amin már elképzelhető orbitális keringés.
Repülések a világűr határán bélyegkép|balra|250px|Az X–15 rakéta-repülőgép repülés közben
Bár a legelső, a világűr elérésére irányuló próbálkozás Jurij Gagarin és a Vosztok–1 révén máris sikeres orbitális pályára állással végződött, a más úton induló NASA két olyan szuborbitális repülést hajtott végre, amely csak a világűr határáig ért el. A Freedom 7, fedélzetén Alan Shepard, 1961. május 5-én 187,42 km, majd a Liberty Bell 7 űrhajón Gus Grissom 1961. július 21-én 190,39 km magasra jutott a Mercury-program keretében. A két űrugrás során csak az elérhető legnagyobb magasságra koncentrált a NASA, a sebességre a Redstone rakéta elégtelen tolóereje miatt még nem fordítottak figyelmet. A két repülés sikeres volt, a célt, a 100 kilométeres magasság átlépését mindkettő teljesítette.
A repülés határainak kitapogatására a NASA egy másik, máig a legkiterjedtebbnek számító kísérleti programot indított a repülőgéppel elérhető legnagyobb magasság és/vagy sebesség elérésére. A kísérletek az X–15-program keretében zajlottak. Ennek keretében egy B–52-es bombázóról nagy magasságban indított rakéta-repülőgéppel törtek a magassági, illetve sebességi rekordokra. A legnagyobb magasságot 1963. augusztus 22-én érte el Joseph A. Walker pilóta méterrel . (Amerikában egyébként a fentebb már említett 80 kilométert tekintik az űr határának és azt bármi módon túllépő pilótákat űrhajósnak tekintik. Így az X–15 pilótái közül többen megkapták az „űrhajós” megnevezést). Az X–15 által elért legnagyobb sebességet Pete Knight pilóta érte el 7274 km/h-val. Ezzel a sebességgel a légkörben, ember vezette repülőgéppel elért legnagyobb sebesség rekordját ma is ő tartja. (A légköri repülések között azóta egy ember nélküli kísérleti gép, az X–43A elhódította a legnagyobb sebesség abszolút rekordját.)
A világűr határát repülőgéppel ostromló repülések között a magassági rekord a SpaceShipOne magánűrhajóé és Brian Binnie pilótáé: 2004. október 4-én méter magasra emelkedtek az Ansari X-díjért folyó versengésben.
A világűr vidékei A világűrt egyfajta modern geocentrikus gondolkodásmód szerint – önkényesen a Földről kiindulva – egyre távolabbi térségekre szokás felosztani. Egyben, mivel a világűrt csak a benne mozgásban levő anyagi testek „szakítják meg”, ezeket az objektumokat is egyfajta geocentrikus lajstrom szerint osztályozhatjuk, amikor számba vesszük a világűr „tartalmát”.
A világűr – ahelyett, hogy a közhiedelem szerint anyagtól teljesen mentes vákuum lenne, – nagyon változatos, főként a Naprendszeren belül. Szűkebb pátriánkban az űrt a napszél uralja egészen a heliopauzáig, ahol más csillagok csillagszelei kiegyenlítik Napunk sugárzásának hatását, és a napszél szuperszonikus sebességről szubszonikusra lassul. Átlépve ezen a határon a hatalmas távolságok helyett az elképzelhetetlen távolságok veszik át az uralmat, a legközelebbi csillag 4 fényévnyire van (mai űrhajóval több tízezer évnyire), és ez a távolság csak apró kőhajításnyi a Tejútrendszer fényéves tányérján belül, vagy akár legközelebbi extragalaxis több millió fényéves „közelségéhez” képest.
Föld körüli térség bélyegkép|középre|600px|A felhők feletti térség (a háttérben a Hold látható)
A Föld feletti kisebb magasságokon, nagyjából a Hold pályájáig terjedő (épp ezért sokszor holdközi térségnek is nevezett) térrészt tekintjük a Föld körüli térségnek. Az űr ezen közeli része magában foglalja a légkör legfelső rétegeit, úgymint a Föld vonzásából már könnyen kiszabaduló részecskék tárházát, az exoszférát, a Nap sugárzása által ionizált részecskékből álló ionoszférát és az ionoszférát teljes egészében magába foglaló, a felszínen elképzelhetetlen forróságra hevülő légréteget, a termoszférát.
Ez a térrész a magnetoszféra birodalma is egyben. A Föld magjában működő bolygóméretű dinamó hatalmas mágneses teret gerjeszt a bolygónk körül, amely mintegy pajzsként elhárítja a világűr káros sugárzásait a Földtől. A magnetoszféra alakja és mérete folyamatosan változik a napszél nyomásának hatására, a Nap felé néző oldal lapultabb, ahogy a sugárnyomás befelé nyomja, nagyjából 15 földsugár távolságig terjed ki, a Nappal átellenes oldalon – az éjszakai félteke felett elnyúltabb (mint egy üstökös csóvája)., itt akár 25 földsugár távolságig is kiterjedhet. A Hold emiatt hol benne tartózkodik, hol pedig kilép belőle.
A magnetoszféra két kitüntetett régiója a két Van Allen-öv, ahol a mágneses tér az erővonalai mentén a napszélből, valamint az ionoszférából származó töltött részecskéket (elektronokat és protonokat) befogja és koncentrálja. Ez a környezet halálos lehet az ide tévedő űrhajósok és végzetes az érzékenyebb űrszondák számára. A magnetoszféra és a napszél folyamatos jelenlétének látható bizonyítéka a Föld légkörében a sarki fény.