Что такое температура и есть ли она в космосе?
Температура состоит из скорости, с которой движутся частицы, и энергии, излучаемой ими во время движения. Таким образом, в действительно пустом пространстве не было бы частиц и излучения, а значит, не было бы и температуры.
Не упустите Почему Международная космическая станция не расплавляется в термосфере
Конечно, космос полон частиц, которые во время движения излучают энергию, а значит, производят тепло и температуру. Насколько холодно в космосе, есть ли область, которая действительно пуста, и есть ли место, где температура падает до абсолютного нуля?
Горячие области космоса находятся непосредственно вокруг звезд, где есть все условия для запуска ядерного синтеза. Там объекты действительно нагреваются, когда излучение звезды достигает точки в космосе с большим количеством и плотностью частиц, на которые может влиять температура.
Именно поэтому Земля гораздо теплее области между нашей планетой и ее звездой. Тепло происходит от частиц в нашей атмосфере, которые вибрируют с солнечной энергией, а затем сталкиваются друг с другом, распределяя эту энергию.
Скопление галактик RXJ1347 одно из самых горячих мест во Вселенной / Фото NASA
Однако близость к звезде не всегда гарантирует тепло. Например, Меркурий – ближайшая планета к нашему Солнцу. Он невероятно горячий днем и ужасно холодный ночью. Его температура падает до -178 градусов Цельсия.
Температура на Уране падает до -224⁰C, что делает его даже холоднее, чем самый отдаленный от Солнца Нептун. Кстати, Нептун все еще ужасно холодный – его температура достигает -214⁰C.
Это результат столкновения с объектом размером с Землю в начале формирования планеты, поэтому Уран, например, вращается вокруг Солнца под экстремальным наклоном, что не дает ему удерживать внутреннее тепло.
Чем дальше от звезды, тем холоднее
Вдали от звезд частицы настолько разбросаны (их плотность меньше), что передача тепла через что-то, кроме излучения, невозможна, а это значит, что температура резко падает. Эта область называется межзвездным пространством.
Механизмы нагрева межзвездной среды
- Нагрев низкоэнергетическими космическими лучами
- Фотоэлектрический нагрев пыли
- Фотоионизация
- Рентгеновский нагрев
- Химический нагрев
- Нагрев частиц пыли
Механизмы охлаждения межзвездной среды
- Охлаждение путем излучения линий тонкой структуры
- Охлаждение путем излучения разрешенных линий
Наиболее холодные и плотные облака молекулярного газа в межзвездной среде могут иметь температуру -263 ⁰C, тогда как менее плотные облака могут иметь температуру до -173 ⁰C.
Вас это заинтересует Как найти темную материю из Солнечной системы
Вселенная настолько широка и наполнена таким количеством объектов, что некоторые из которых невероятно горячи, тогда как другие невероятно холодны. Следовательно, пространство просто не может иметь единой температуры.
В то же время существует кое-что, пронизывающее всю нашу вселенную с температурой, равной одной стотысячной. На самом деле отличие настолько незначительно, что разница между горячим пятном и холодным составляет всего 0,000018 К.
Речь идет о космическом микроволновом фоне (КMФ) более известном, как реликтовое излучение. Оно имеет однородную температуру 2,7 K (-270⁰C). Поскольку 0 К – это абсолютный нуль, эта температура всего на 2,725 градуса выше абсолютного нуля.
Реликтовое излучение – это остаток произошедшего только через 400 000 лет после явления известного как Большой взрыв. Хотя для правильного понимания его следовало бы назвать Большим рассеянием. Это момент, когда Вселенная перестала быть непрозрачной после того, как электроны соединились с протонами, образовав атомы водорода, что остановило бесконечное рассеяние света электронами и позволило фотонам свободно путешествовать.
Карта реликтового излучения зафиксированного телескопом WMAP в течение 9 лет / Фото NASA
Таким образом, это ископаемое реликвия, "вмороженное" во вселенную, является последней точкой, когда материя и фотоны были выровнены с точки зрения температуры.
Фотоны, из которых состоит реликтовое излучение, не всегда были так холодны, им понадобилось около 13,8 миллиарда лет, чтобы добраться до нас. Расширение Вселенной привело к красному смещению этих фотонов на более низкие энергетические уровни.
Реликтовое излучение возникло, когда Вселенная была гораздо более плотной и горячей, чем сейчас. Его начальная температура оценивается примерно в 2726⁰C. Поскольку Вселенная продолжает расширяться, это означает, что сейчас в космосе холоднее, чем когда-либо, и температура продолжает падать.
Что произойдет, если попасть в космос без скафандра?
Если бы астронавта оставили дрейфовать в космосе в одиночестве, то влияние почти вакуума космоса не могло бы заморозить астронавта, как это часто изображается в научной фантастике.
Существует три способа передачи тепла:
- теплопроводность – происходит через прикосновение,
- конвекция – происходит, когда жидкости передают тепло,
- и радиация – происходит из-за излучения.
Читайте на сайте Возможно ли использовать энергию черной дыры
Проводимость и конвекция не могут происходить в пустом пространстве из-за отсутствия вещества, а теплопередача происходит медленно путем радиационных процессов. Это означает, что тепло не передается быстро в космосе.
Поскольку замораживание требует теплопередачи, астронавт, испытавший влияние радиации, – потерявший тепло только путем радиационных процессов, – умрет от декомпрессии из-за отсутствия атмосферы гораздо быстрее, чем замерзнет до смерти.