Temperatura w kosmosie według stopni Celsjusza. Jaka jest temperatura w kosmosie?

Jaka jest temperatura w kosmosie poza ziemską atmosferą? A w przestrzeni międzygwiezdnej? A jeśli wyjdziemy poza naszą galaktykę, czy będzie tam chłodniej niż w Układzie Słonecznym? Czy można nawet mówić o temperaturze w stosunku do próżni? Spróbujmy to rozgryźć.

Co jest ciepłe

Najpierw musisz zrozumieć, czym w zasadzie jest temperatura, jak powstaje ciepło i dlaczego jest zimno. Aby odpowiedzieć na te pytania, należy wziąć pod uwagę strukturę materii na poziomie mikro. Wszystkie substancje we Wszechświecie składają się z cząstek elementarnych - elektronów, protonów, fotonów i tak dalej. Z ich połączenia powstają atomy i cząsteczki.

Mikrocząstki nie są stałymi obiektami. Atomy i cząsteczki nieustannie fluktuują. Cząstki elementarne poruszają się w ogóle z prędkością zbliżoną do światła. Jakie jest połączenie z temperaturą? Bezpośrednie: energia ruchu mikrocząstek jest ciepłem. Im więcej molekuł oscyluje w kawałku metalu, na przykład tym jest gorętsza.

Co jest zimne

Ale jeśli ciepło jest energią ruchu mikrocząstek, to jaka będzie temperatura w przestrzeni, w próżni? Oczywiście przestrzeń międzygwiezdna nie jest całkowicie pusta - przez nią przepływają fotony przenoszące światło. Ale gęstość materii jest znacznie niższa niż na Ziemi.

Im mniejsze atomy zderzają się ze sobą, tym słabsza jest podgrzana substancja, która je składa. Jeśli gaz pod wysokim ciśnieniem zostanie uwolniony do rzadkiej przestrzeni, jego temperatura gwałtownie spadnie. Zasada ta opiera się na pracy znanej chłodnicy sprężarki. Tak więc temperatura w otwartej przestrzeni, w której cząstki są bardzo daleko od siebie i nie mają zdolności zderzania, powinna mieć tendencję do zera bezwzględnego. Ale czy to jest w praktyce?

Jak przebiega wymiana ciepła

Gdy substancja jest podgrzewana, jej atomy wydzielają fotony. Zjawisko to jest również dobrze znane wszystkim - rozpalone metalowe włosy w żarówce zaczynają świecić jasno. W tym przypadku fotony przekazują ciepło. Tak więc energia przechodzi od gorącego do zimnego.

Przestrzeń kosmiczną przenikają nie tylko fotony, które emitują niezliczone gwiazdy i galaktyki. Wszechświat jest również wypełniony tak zwanym promieniowaniem reliktowym, które powstało we wczesnych stadiach jego istnienia. To z powodu tego zjawiska temperatura w kosmosie nie może spaść do zera absolutnego. Nawet daleko od gwiazd i galaktyk materia otrzyma ciepło rozproszone po całym wszechświecie od promieniowania tła.

Co to jest zero bezwzględne

Żadna substancja nie może być schłodzona poniżej określonej temperatury. W końcu chłodzenie to utrata energii. Według prawa termodynamiki w pewnym momencie entropia systemu osiągnie zero. W tym stanie substancja nie traci energii. Będzie to najniższa możliwa temperatura.

Bezwzględne zero - Jest to minus 273,15 ° C lub zero w skali Kelvina. Teoretycznie tę temperaturę można uzyskać w układach zamkniętych. Ale w praktyce nigdzie we Wszechświecie nie można stworzyć obszaru przestrzeni, w którym nie działają żadne siły zewnętrzne.

Jaka jest temperatura w kosmosie

Nasz wszechświat nie jest jednorodny. Rdzenie gwiazd są rozgrzane do milionów stopni. Ale większość przestrzeni jest oczywiście o wiele chłodniejsza. Jeśli mówimy o temperaturze w otwartej przestrzeni, to jest ona tylko 2,7 stopnia powyżej zera absolutnego i wynosi minus 22,45 Celsjusza.

Ciepło powstaje dzięki wspomnianemu już promieniowaniu reliktowemu. Ale Wszechświat się rozszerza, co oznacza, że ​​jego temperatura stopniowo się zmniejsza. Teoretycznie po trylionach lat substancja w nim zawarta może schłodzić się do najniższego możliwego poziomu. Ale kwestia, czy ekspansja Wszechświata zakończy się "śmiercią termiczną", czy stanie się bardziej niejednorodna i uporządkowana z powodu działania sił grawitacji, pozostaje kwestią debaty.

W miejscach akumulacji materii jest cieplej, ale niewiele. Chmury gazu i pyłu znajdujące się między gwiazdami naszej galaktyki mają temperaturę od 10 do 20 stopni powyżej zera absolutnego, to jest minus 263-253 ° C. I tylko w pobliżu gwiazd, w których zachodzą reakcje syntezy jądrowej, można znaleźć wystarczającą ilość ciepła, by wygodnie istniało białkowe formy życia.

Niska temperatura orbity Ziemi

A jaka jest temperatura w pobliżu naszej planety? Czy warto kosmonautów wybierających się do ISS na ciepłe rzeczy? Na orbicie okołoziemskiej metal znajdujący się pod bezpośrednim światłem słonecznym nagrzewa się do 160 stopni Celsjusza. W tym samym czasie w cieniu obiekty schłodzą się do minus 100 ° C. W związku z tym w przypadku spacerów kosmicznych przestrzeń kosmiczna pasuje do niezawodnej izolacji cieplnej, grzejników i układ chłodzenia ochrona osoby przed tak poważną różnicą temperatur.

Nie mniej ekstremalne warunki na powierzchni księżyca. Na jego oświetlonej stronie jest cieplej niż na Saharze. Temperatura może tam przekraczać 120 ° C. Ale po ciemnej stronie spada do około minus 170 ° C. Podczas lądowania na Księżycu Amerykanie używali skafandrów kosmicznych, w których znajdowało się 17 warstw ochronnych materiałów. Termoregulacja została zapewniona przez specjalny system rur, w którym krąży woda.

Temperatury na innych planetach w Układzie Słonecznym

Na klimat duży wpływ ma obecność lub brak atmosfery. Jest to drugi najważniejszy czynnik po odległości od Słońca. Oczywiste jest, że wraz ze zmianą odległości od gwiazdy temperatura w przestrzeni maleje. Ale obecność atmosfery pozwala zachować trochę ciepła efekt cieplarniany.

Najbardziej wyrazistą ilustracją tego zjawiska jest klimat Wenus. Temperatura na jego powierzchni sięga 477 ° C. Dzięki atmosferze Wenus jest gorętsza niż Merkury, która jest bliżej Słońca.

Średnia temperatura powierzchni rtęci wynosi 349,9 ° C w ciągu dnia i minus 170,2 ° C w nocy.

Mars może ogrzać się do 35 stopni Celsjusza latem na równiku i schłodzić do -143 ° C w zimie wokół czap polarnych.

Na Jowiszu temperatura osiąga -153 ° C.

Ale im dalej od Słońca, tym jest zimniej. Uran nie ratuje nawet atmosfery. Chociaż zatrzymuje ciepło, nie pozwalając mu od razu wejść w przestrzeń kosmiczną, ale temperatura nadal spada do minus 224 ° C.

Ale najzimniejsza rzecz na Plutona. Temperatura jego powierzchni wynosi minus 240 ° C. To tylko 33 stopnie powyżej zera absolutnego.

Najzimniejsze miejsce w kosmosie

Powyżej mówiono, że przestrzeń międzygwiezdna jest ogrzewana promieniowaniem reliktowym, a zatem temperatura w stopniach Celsjusza nie spada poniżej minus 270 stopni. Ale okazuje się, że mogą być chłodniejsze obszary.

W 1998 r. Teleskop Hubble'a odkrył chmurę pyłu gazowego, która gwałtownie się rozszerza. Mgławica, zwana Bumerangiem, została ukształtowana przez zjawisko znane jako gwiezdny wiatr. To bardzo interesujący proces. Jego istota polega na tym, że strumień materii jest "wydmuchiwany" z centralnej gwiazdy z ogromną prędkością, a kiedy wchodzi w rzadką przestrzeń, jest chłodzony z powodu gwałtownego rozszerzania.

Naukowcy szacują, że temperatura w mgławicy Boomerang wynosi tylko jeden stopień w skali Kelvina, lub minus 272 ° C. Jest to najniższa temperatura w kosmosie, którą astronomowie zdołali naprawić w tej chwili. Mgławica Boomerang znajduje się w odległości 5 tys lat świetlnych z ziemi. Możesz go obejrzeć w konstelacji Centaura.

Najniższa temperatura na ziemi

Tak więc dowiedzieliśmy się, jaka jest temperatura w przestrzeni i jakie jest najzimniejsze miejsce. Pozostaje teraz dowiedzieć się, jakie najniższe temperatury uzyskano na Ziemi. I stało się to podczas ostatnich eksperymentów naukowych.

W 2000 r. Naukowcy z Uniwersytetu Technicznego w Helsinkach ostudzili kawałek rodu metalicznego niemal do zera absolutnego. Podczas eksperymentu uzyskano temperaturę 1 * ^10-10 Kelvina. To tylko 0,000,000,000 1 stopnia powyżej dolnej granicy.

Celem badań było nie tylko uzyskanie ultra niskich temperatur. Głównym zadaniem było zbadanie magnetyzmu jądra atomów rodu. Badanie to było bardzo udane i przyniosło wiele interesujących wyników. Eksperyment pomógł zrozumieć, w jaki sposób magnetyzm wpływa na elektrony nadprzewodnikowe.

Osiągnięcie rekordowo niskich temperatur składa się z kilku następujących po sobie etapów chłodzenia. Najpierw za pomocą kriostatu metal schładza się do temperatury 3 * ^10-3 Kelvina. W kolejnych dwóch etapach stosuje się metodę adiabatycznego rozmagnesowania jądrowego. Rod najpierw schładza się do temperatury 5 * ^10-5 Kelvinów, a następnie osiąga rekordowo niską temperaturę.