Температура в космосі за Цельсієм. Яка температура у відкритому космосі?
Яка температура в космосі за межами земної атмосфери? А в міжзоряному просторі? А якщо ми вийдемо за межі нашої галактики, чи буде там холодніше, ніж усередині Сонячної системи? І чи можна взагалі говорити про температуру стосовно до вакууму? Спробуємо розібратися.
Що таке тепло
Для початку необхідно зрозуміти, чим же в принципі є температура, як утворюється тепло і від чого виникає холод. Щоб відповісти на ці питання, необхідно розглянути будову матерії на мікрорівні. Всі речовини у Всесвіті складаються з елементарних частинок - електронів, протонів, фотонів і так далі. З їх поєднання утворюються атоми і молекули.
Мікрочастинки не є нерухомими об'єктами. Атоми і молекули постійно коливаються. А елементарні частинки і зовсім переміщаються зі швидкостями, близькими до світловим. Який тут зв'язок з температурою? Пряма: енергія руху мікрочастинок - це і є тепло. Чим сильніше коливаються молекули в шматку металу, наприклад, тим гаряче він буде.
Що таке холод
Але якщо тепло - це енергія руху мікрочастинок, то якою буде температура в космосі, в вакуумі? Звичайно, міжзоряний простір не зовсім порожнє - крізь нього рухаються фотони, що несуть світло. Але щільність матерії там набагато нижчі, ніж на Землі.
Чим менше атоми стикаються один з одним, тим слабкіше гріється речовина, яка з них складається. Якщо знаходиться під великим тиском газ випустити в розріджений простір, його температура різко знизиться. На цьому принципі заснована робота всім відомого компресорного холодильника. Таким чином, температура у відкритому космосі, де частинки знаходяться дуже далеко один від одного і не мають можливості стикатися, повинна прагнути до абсолютного нуля. Але чи так це на практиці?
Як відбувається передача тепла
Коли речовина нагрівається, його атоми випускають фотони. Це явище теж добре всім знайоме - напруженню металевий волосок в електричній лампочці починає яскраво світитися. При цьому фотони переносять тепло. Таким чином енергія переходить від гарячого речовини до холодного.
Космічний простір не тільки пронизане фотонами, які випускають незліченні зірки і галактики. Всесвіт заповнений також так званим реліктовим випромінюванням, яке утворилося на ранніх етапах її існування. Саме завдяки цьому явищу температура в космосі не може опуститися до абсолютного нуля. Навіть далеко від зірок і галактик матерія буде отримувати розсіяне по Всесвіту тепло від реліктового випромінювання.
Що таке абсолютний нуль
Ніяке речовина не можна охолодити нижче певної температури. Адже охолодження - це втрата енергії. Відповідно до законів термодинаміки в певній точці ентропія системи досягне нуля. У цьому стані речовина вже не зможе втрачати енергію. Це і буде гранично можлива низька температура.
Абсолютний нуль - це мінус 273,15 ° C або нуль за шкалою Кельвіна. Теоретично таку температуру можна отримати в замкнутих системах. Але на практиці ніде у Всесвіті неможливо створити область простору, на яку не діяли б ніякі зовнішні сили.
Яка температура в космосі
Наш Всесвіт не однорідна. Ядра зірок розжарені до мільйонів градусів. Але більша частина простору, звичайно ж, значно холодніше. Якщо говорити про те, яка температура у відкритому космосі, то вона всього на 2,7 градуса вище значення абсолютного нуля і становить мінус 270,45 за Цельсієм.
Це тепло виникає за рахунок вже згадуваного реліктового випромінювання. Але Всесвіт розширюється, а це означає, що її температура буде поступово знижуватися. Теоретично через трильйони років речовина в ній може охолодитися до мінімально можливої позначки. Але питання про те, чи закінчиться розширення Всесвіту "тепловий смертю", або ж вона стане більш різнорідною і структурованої через дії сил гравітації, залишається предметом дискусій.
У місцях скупчення матерії тепліше, але ненабагато. Хмари газу і пилу, що зустрічаються між зірками нашої галактики, мають температуру від 10 до 20 градусів вище абсолютного нуля, тобто мінус 263-253 ° C. І тільки поблизу зірок, усередині яких протікають реакції ядерного синтезу, можна знайти досить тепла для комфортного існування білкових форм життя.
Температура на навколоземній орбіті
А яка температура поблизу нашої планети? Чи варто космонавтам, котрі збираються на МКС, запасатися теплими речами? На навколоземній орбіті метал під прямими променями сонця прогрівається до 160 градусів Цельсія. У той же час у тіні предмети будуть остигати до мінус 100 ° C. Тому для виходу у відкритий космос використовуються скафандри з надійною теплоізоляцією, нагрівачами і системою охолодження, захищають людину від такого серйозного перепаду температур.
Не менш екстремальні умови на поверхні Місяця. На її освітленій стороні спекотніше, ніж у Сахарі. Температура там може перевищити 120 ° C. Але на темній стороні вона падає приблизно до мінус 170 ° С. Під час висадки на Місяць американці використовували скафандри, в яких було 17 шарів захисних матеріалів. Терморегуляція забезпечувалася спеціальною системою трубочок, в яких циркулювала вода.
Температура на інших планетах Сонячної системи
На клімат великий вплив робить наявність або відсутність атмосфери. Це другий за значенням фактор після відстані до Сонця. Зрозуміло, що в міру віддалення від світила температура в космосі падає. Але наявність атмосфери дозволяє утримати частину тепла завдяки парниковому ефекту.
Найбільш яскравою ілюстрацією цього явища може служити клімат Венери. Температура на її поверхні досягає 477 ° C. Завдяки атмосфері Венера жаркіше, ніж Меркурій, який знаходиться ближче до Сонця.
Середня температура поверхні Меркурія 349,9 ° C вдень і мінус 170,2 ° C вночі.
Марс може нагріватися до 35 градусів Цельсія влітку на екваторі і охолоджуватися до -143 ° C взимку в районі полярних шапок.
На Юпітері температура досягає -153 ° C.
Але чим далі від Сонця, тим холодніше. Уран вже не рятує навіть атмосферний шар. Він хоч і затримує тепло, не даючи йому відразу йти у відкритий космос, але температура там все одно падає до мінус 224 ° C.
Але найхолодніше на Плутоні. Температура його поверхні - мінус 240 ° C. Це лише на 33 градуса вище абсолютного нуля.
Найхолодніше місце в космосі
Вище було сказано, що міжзоряний простір прогрівається реліктовим випромінюванням, а тому температура в космосі за Цельсієм не опускається нижче мінус 270 градусів. Але виявляється, можуть існувати й більш холодні ділянки.
У 1998 році телескоп Хаббл виявив газо-пилова хмара, яке стрімко розширюється. Туманність, названа Бумерангом, утворилася внаслідок явища, відомого як зоряний вітер. Це дуже цікавий процес. Суть його полягає в тому, що з центральної зірки з величезною швидкістю "видувається" потік матерії, яка потрапляючи в розріджений космічний простір охолоджується внаслідок різкого розширення.
За оцінками вчених, температура в туманності Бумеранг складає всього один градус за шкалою Кельвіна, або мінус 272 ° C. Це найнижча температура в космосі, яку на даний момент вдалося зафіксувати астрономам. Туманність Бумеранг знаходиться на відстані 5000 світлових років від Землі. Спостерігати її можна в сузір'ї Центавра.
Найнижча температура на Землі
Отже, ми з'ясували, яка температура в космосі і яке місце найхолодніше. Тепер залишається дізнатися, які найнижчі температури були отримані на Землі. А сталося це в ході недавніх наукових експериментів.
У 2000 році дослідники з Технологічного університету в Гельсінкі охолодили шматок металу родію майже до абсолютного нуля. У ході експерименту була отримана температура рівна 1 * 10-10 Кельвіна. Це всього на 0,000 000 000 1 градуса вище нижньої межі.
Метою досліджень було не тільки отримання наднизьких температур. Основне завдання полягала у вивченні магнетизму ядер атомів родію. Це дослідження було досить успішним і принесло ряд цікавих результатів. Експеримент допоміг зрозуміти, як магнетизм впливає на надпровідні електрони.
Досягнення рекордно низьких температур складається з декількох послідовних етапів охолодження. Спочатку за допомогою кріостату метал охолоджується до температури 3 * 10-3 Кельвіна. На наступних двох етапах використовується метод адіабатичного ядерного розмагнічування. Родій охолоджується до температури спочатку 5 * 10-5 Кельвіна, а потім досягає рекордно низької температури.
