Наскільки холодно у космосі: які процеси впливають на температуру Всесвіту

Що таке температура і чи є вона у космосі?

Температура складається зі швидкості, з якою рухаються частки, та енергії, яку вони випромінюють під час руху. Таким чином, у дійсно порожньому просторі не було б частинок та випромінювання, а отже, не було б і температури.

Не пропустіть Чому Міжнародна космічна станція не розплавляється в термосфері

Звичайно, космос повний часток, які під час руху випромінюють енергію, а отже виробляють тепло та температуру. Тож наскільки холодно в космосі, чи є область, яка справді порожня, і чи є місце, де температура падає до абсолютного нуля?

Найгарячіші області космосу знаходяться безпосередньо навколо зірок, де є всі умови для запуску ядерного синтезу. Там об'єкти дійсно нагріваються, коли випромінювання зірки сягає точки у космосі з великою кількістю та щільністю частинок на які може впливати температура.

Саме тому Земля набагато тепліша, ніж область між нашою планетою та її зіркою. Тепло походить від частинок у нашій атмосфері, які вібрують із сонячною енергією, а потім стикаються одні з одними, розподіляючи цю енергію.

Скупчення галактик RXJ1347 одне з найгарячіших місць у Всесвіті / Фото NASA

Однак близькість до зірки не завжди є гарантією тепла. Наприклад Меркурій – найближча планета до нашого Сонця. Він неймовірно гарячий вдень і страшенно холодний вночі. Його температура падає до -178 градусів за Цельсієм.

Температура на Урані падає до -224⁰C, що робить його навіть холоднішим, ніж найбільш віддалений від Сонця Нептун. До речі, Нептун все ще жахливо холодний – його температура сягає -214⁰C.

Це результат зіткнення з об'єктом розміром із Землю на початку формування планети, через що Уран, наприклад, обертається навколо Сонця під екстремальним нахилом, що не дає йому утримувати внутрішнє тепло.

Чим далі від зірки, тим холодніше

Вдалині від зірок частинки настільки розкидані (їх щільність менша), що передача тепла через щось, крім випромінювання, неможлива, а це означає, що температура різко падає. Ця область називається міжзоряним простором.

Важливий момент! Залежно від температури, густини й стану іонізації ділянок міжзоряного середовища, температуру в них визначають різні механізми нагрівання та охолодження.

Механізми нагрівання міжзоряного середовища

• Нагрівання низькоенергетичними космічними променями
• Фотоелектричне нагрівання пилу
• Фотоіонізація
• Рентгенівське нагрівання
• Хімічне нагрівання
• Нагрівання частинок пилу

Механізми охолодження міжзоряного середовища

• Охолодження шляхом випромінювання ліній тонкої структури
• Охолодження шляхом випромінювання дозволених ліній

Найхолодніші і щільніші хмари молекулярного газу в міжзоряному середовищі можуть мати температуру -263 ⁰C, тоді як менш щільні хмари можуть мати температуру до -173 ⁰C.

Вас це зацікавить Як відшукати темну матерію із Сонячної системи

Всесвіт настільки широкий і наповнений такою кількістю об'єктів, що деякі з яких неймовірно гарячі, тоді, як інші неймовірно холодні. Відтак простір просто не може мати єдиної температури.

Водночас існує дещо, що пронизує увесь наш всесвіт з температурою, яка дорівнює одній стотисячній. Насправді відмінність настільки незначна, що різниця між гарячою плямою і холодною складає всього 0,000018 К.

Мовиться про космічний мікрохвильовий фон (КMФ) більш відомий, як Реліктове випромінювання. Воно має однорідну температуру 2,7 K (-270⁰C). Оскільки 0 К – це абсолютний нуль, ця температура всього на 2,725 градуса вища за абсолютний нуль.

Реліктове випромінювання – це залишок події, яка сталася лише через 400 000 років після явища відомого, як Великий вибух. Хоча для правильного розуміння його варто було б назвати Великим розсіюванням. Це момент, коли Всесвіт перестав бути непрозорим після того, як електрони з'єдналися з протонами, утворивши атоми водню, що зупинило нескінченне розсіювання світла електронами та дозволило фотонам вільно подорожувати.

Карта реліктового випромінювання зафіксованого телескопом WMAP протягом 9 років / Фото NASA

Таким чином, ця копалина реліквія, "вморожена" у всесвіт, є останню точкою, коли матерія й фотони були вирівняні з точки зору температури.

Фотони, з яких складається реліктове випромінювання, не завжди були такими холодними, їм знадобилося близько 13,8 мільярда років, щоб дістатися до нас. Розширення Всесвіту призвело до червоного зміщення цих фотонів на нижчі енергетичні рівні.

Реліктове випромінювання виникло, коли Всесвіт був набагато щільнішим і гарячішим, ніж зараз. Його початкова температура оцінюється приблизно в 2726⁰C. Оскільки Всесвіт продовжує розширюватися, це означає, що зараз у космосі холодніше, ніж будь-коли, і температура продовжує падати.

Що станеться, якщо потрапити у космос без скафандра?

Якби астронавта залишили дрейфувати у космосі на самоті, то вплив майже вакууму космосу не міг би заморозити астронавта, як це часто змальовується у науковій фантастиці.

Існує три способи передачі тепла:

• теплопровідність – відбувається через дотик,
• конвекція – відбувається, коли рідини передають тепло,
• та радіація – відбувається через випромінювання.

Читайте на сайті Чи можливо використовувати енергію чорної діри

Провідність та конвекція не можуть відбуватися у порожньому просторі через відсутність речовини, а теплопередача відбувається повільно лише шляхом радіаційних процесів. Це означає, що тепло не передається швидко у космосі.

Оскільки заморожування вимагає теплопередачі, астронавт, який зазнав впливу радіації, – втратив тепло лише шляхом радіаційних процесів, – помре від декомпресії через відсутність атмосфери набагато швидше, ніж замерзне до смерті.