Один из самых интересных вопросов о космосе касается изучения температуры за пределами земной атмосферы. Любопытствующих пользователей интересует также, какова она в межзвездном пространстве и будет ли она холоднее, если двинуться за пределы нашей галактики. С другой стороны, имеет ли смысл вообще вести речь о температуре в отношении вакуума, ведь если это пустота, то сложно представить, что она подвергается температурному воздействию. Давайте разберемся.
Содержание:
Понятие тепло и температура
Сперва стоит выяснить, чем же, по сути, является температура, как появляется тепло и вследствие чего появляется холод. Для этого необходимо проанализировать строение материи на микроуровнях. Каждое вещество во Вселенной состоит из простейших частиц:
- фотонов;
- протонов;
- электронов и проч.
Из их комбинаций формируются атомы и молекулы. Микрочастицы не представляют собой неподвижные объекты.
Молекулы и атомы постоянно движутся и колеблются. А простейшие частицы, более того, передвигаются со скоростями, которые близки к световым. Так какая здесь связь с температурой? Как ни странно, самая прямая: энергия перемещения микрочастиц и является теплом. Чем интенсивнее колеблются, к примеру, молекулы в кусочке металла, тем теплее он станет.
Если тепло — это сила перемещения микрочастиц, то какой именно окажется температурный показатель в вакууме, в том самом космосе? Разумеется, космическое пространство не совершенно пустое — через него передвигаются фотоны, которые несут свет. Однако, плотность материи в нем в разы ниже, чем у нас, на Земле. Чем мельче атомы, которые сталкиваются друг с другом, тем меньше согревается вещество, которое состоит из них.
Если газ, который находится под большим давлением, отпустить в разреженное пространство, то его температура быстро понизится. На данном принципе основывается работа всем знакомого компрессорного холодильника. Соответственно, температурные показатели в космосе, где частицы располагаются весьма далеко друг от друга и не могут сталкиваться, должны стремиться к полному нулю. Однако, так ли это на самом деле?
Как совершается передача тепла
Когда нагревается вещество, его атомы начинают испускают фотоны. Данное явление также отлично всем знакомо — аналогичный принцип наблюдается в накаляющемся металлическом волоске, когда электролампочка начинает ярко гореть. Одновременно фотоны начинают переносить тепло. Соответственно, энергия начинает перемещаться от горячего вещества к прохладному.
Космическое пространство пронизано не только фотонами, которые излучают многочисленные звезды и галактики. Вселенная исполнена в том числе реликтовым излучением, а оно образовалось на начальных этапах появления ее существования. Именно за счет того, что температура в космическом пространстве не может упасть до безусловного нуля. Даже вдали от галактик и звезд материя не прекратит получать тепло, рассеянное по Вселенной от того самого реликтового излучения.
Абсолютный нуль
Ни одно вещество невозможно остудить ниже минимальной температуры. Поскольку остывание — это просто утрата энергии. В строгом соответствии с законами термодинамики, в обусловленной точке энтропия системы дойдет до нуля. В данном состоянии вещество уже не будет способно дальше терять энергию. Это и станет предельно возможной низкой температурой.
Температура абсолютного нуля составляет минус 273,15 градуса по Цельсию или же ноль по системе Кельвина. На теоретическом уровне такую температуру возможно получить только в замкнутых системах. Однако на практике нигде, ни на Земле, ни в космосе, невозможно создать или сымитировать такую область пространства, на которую не могли бы оказывать влияния никакие внешние силы.
Температура в космосе
Вселенная далеко не однородна. Все ядра звезд разогреты до миллиардов градусов. Однако большая часть пространства, само собой разумеется, серьёзно холодней. Если стоит вопрос о температуре в открытом космосе, то, как это ни странно, она всего лишь на 2,7 градуса выше показателя абсолютного нуля. Соответственно, его показатель будет минус 270,45 по Цельсию.
Эта разница в 2,7 градуса возникает по причине реликтового излучения, уже упоминавшегося. Однако, Вселенная распространяется, разрастается (понятие энтропии), а это говорит о том, что ее температура станет потихоньку снижаться. Чисто умозрительно говоря, спустя триллионы лет, материя и вещества в ней имеют возможность остынуть до самой минимальной отметки.
Но вопрос состоит в том, завершится ли в таком случае расширение Вселенной так называемой «тепловой смертью», или же она окажется более структурированной или разнородной из-за воздействия сил гравитации, — это и по сей день остается объектом дискуссий. В участках сосредоточения материи теплее, но ненамного.
Скопления пыли и газа, которые встречаются между звездами нашей галактики, обладают температурой в диапазоне 10−20 градусов выше отметки абсолютного нуля, иначе говоря, минус 263−253 градусов Цельсия. И лишь рядом со звездами, в центре которых происходят реакции ядерного синтеза, находится достаточно теплоты для комфортной жизни белковых форм существования.
Околоземная орбита
Теперь коснемся следующих тем, связанных с нашей главной тематикой:
- Какова температура рядом с нашей планетой?
- Нужно ли космонавтам, которые отправляются на МКС, припасать теплые вещи?
На околоземной орбите под прямыми солнечными лучами металл накаливается до 150−160 градусов Цельсия. Одновременно с этим в тени предметы остывают до минус 90−100 градусов Цельсия. По этой причине для выхода в открытый космос применяются скафандры:
- с прочной теплоизоляцией, мощными нагревателями;
- с отменно работающей системой охлаждения.
Они защищают тело человека от настолько суровых скачков температур.
Такие же экстремальные условия встречаются на плоскости Луны. На ее солнечной стороне даже жарче, чем в самое жаркое время в Сахаре. Температурная отметка там нередко превышает 120 градусов Цельсия. Однако, на несолнечной стороне она снижается предположительно до минус 170 градусов. Во время посадки на Луну американцы воспользовались скафандрами, которые имели порядка 17 слоев предохранительных материалов. Теплорегуляция обеспечивалась специально предназначенной системой трубочек, в которых циркулировала дистиллированная вода.
Прочие планеты Солнечной системы
На любой планете Солнечной системы климат зависит от наличия или отсутствия атмосферы. Атмосфера — вторая по значению причина после дальности до Солнца. Разумеется, по мере удаления от горячей звезды температура в межпланетном пространстве падает. Однако присутствие атмосферы дает возможность удержать часть тепла за счет парникового эффекта. Особенно яркой иллюстрацией данного явления могут послужить климатические характеристики Венеры.
Температура на поверхности этой планеты поднимается до 477 градусов Цельсия. За счет атмосферы Венера жарче Меркурия, находящегося по расположению ближе к Солнцу.
Самое холодное место в космосе
За счет реликтового излучения межзвездное пространство прогревается, а по этой причине температура в космосе не опускается ниже 270 градусов ниже нуля. Однако, как выясняется, могут быть и более холодные участки.
19 лет назад телескоп Хаббл заметил газопылевое облако, стремительно расширяющееся. Туманность, получившая название Бумеранг, сформировалась вследствие явления, знакомого по названию как «звездный ветер». Это весьма любопытный процесс. Суть его заключается в том, что из центральной звезды с громадной скоростью «выдувается» ток материи, которая, влетая в разреженное пространство космоса, остывает вследствие резкого расширения.
По оценкам научных работников, температура в туманности Бумеранг достигает всего одного градуса по Кельвину, то есть -272 Цельсия. Это наиболее низкая отметка в космическом пространстве, которую на текущий момент удалось зарегистрировать астрономам. Туманность Бумеранг располагается на расстоянии 5000 световых лет от нашей планеты. Отслеживать ее можно в плеяде Центавра.
Самая низкая температура на Земле
Мы выяснили информацию насчет самой низкой температурной отметки в космосе — ее величину и точки нахождения. Для полноты раскрытия вопроса остается узнать, какие наиболее низкие температуры были зафиксированы на нашей планете. А произошло это в процессе недавних научных исследований. В 2000 году ученые Технологического университета города Хельсинки остудили металл родия практически до абсолютного нуля. В течение эксперимента они получили температуру равную. 1×10−10 по Кельвину. И эта отметка всего лишь на 1 миллиардную градуса больше нижнего рубежа.
Целью проведенных исследований было не только получение сверхнизких температур. Ключевая задача состояла в изучении магнетизма атомов родия. Данное исследование оказалось крайне эффективным и принесло ряд увлекательных результатов. Эксперимент дал возможность понять, каким образом магнетизм оказывает действие на сверхпроводящие электроны.
Получение рекордно низких температур складывается из нескольких поочередных этапов охлаждения. Сначала с помощью криостата родий остывает до температурной отметки 3×10−3 по Кельвину. На последующих двух ступенях используется метод ядерного адиабатического размагничивания. Металл родия остывает сначала до температуры 5×10−5 по Кельвину, а после этого падает до рекордно низкой температурной отметки.
Видео
Из этого видео вы узнаете, какие бывают температуры в космосе.
