Температура в открытом космосе

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?

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:

  1. Какова температура рядом с нашей планетой?
  2. 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.

Понятие температуры появилось еще в глубокой древности. С тех пор оно не претерпело существенных изменений. Как в древности, считалось, что температура это мера «нагретости» тела, так и теперь. Взгляды древних ученых и современных разнятся лишь в описании ее сущности. В древности люди полагали, что температура есть результат наличия у тела особой невесомой материи – теплорода. Сейчас же известно, что температура есть мера внутренней энергии тела – энергии, обусловленной хаотическим движением молекул, частиц из которых состоят тела.

Самое холодное место во вселенной

Рекордно низкая температура за все время наблюдений на Земле была зафиксирована в Антарктиде на российской станции Восток 21 июля 1983 г. Температура -89,2 °С была измерена полярниками и занесена в журнал наблюдений. Этот рекорд долгое время не был побит. В декабре 2013 г., американские ученые доложили об открытии области в Антарктиде, где температура часто устанавливается ниже рекордной. По их данным в этой области температура может достигать экстремальных значений до -93,2 °С. При такой температуре человека ждет летальный исход примерно через две минуты, но даже такую температуру трудно представить, хоть она и находиться совсем близко, на нашей планете Земле.

Но во вселенной есть места куда менее дружелюбные и температуры там достигают запредельных и невообразимых отметок.

Туманность Бумеранг — молодая планетарная туманность и самый холодный объект в известной нам Вселенной. Туманность лежит в созвездии Центавр в 5 тысячах световых лет от Земли. Она сформировалась вокруг яркой центральной звезды, когда она сбросила облако газа на одном из последних этапов своей жизни. Эта туманность расширяется и выбрасывает охлажденный газ со скоростью 500 000 км/ч. За счет огромной скорости выброса молекулы газа охладились до —271 °С. Это является самой низкой из официально зарегистрированных естественных температур. И, казалось бы, куда еще меньше, но и эта температура не является самой низкой.

Абсолютный ноль

Что такое абсолютный ноль? Действительно ли такая температура может существовать во Вселенной? Можем ли мы охладить что-либо до абсолютного нуля в реальной жизни?

Абсолютный ноль — это температура -273,15 градусов Цельсия, -459,67 по Фаренгейту и просто 0 по Кельвину. Это точка, где тепловое движение полностью останавливается. Но такая температура нигде не встречается в известной нам вселенной, так что речь пойдет о лабораторных условиях достижения абсолютного нуля.

Все останавливается?

В классическом рассмотрении вопроса при абсолютном нуле останавливается все, но здесь не обойтись без квантовой механики. Одним из предсказаний квантовой механики, является то, что невозможно измерить точное положение или импульс частицы с совершенной определенностью. Это известно как принцип неопределенности Гейзенберга.

Если бы вы могли охладить герметичную комнату до абсолютного нуля, произошли бы странные вещи. Давление воздуха упало бы практически до нуля, и поскольку давление воздуха обычно противостоит гравитации, воздух сколлапсирует в очень тонкий слой на полу.

Но даже в этом случае, если вы сможете измерить отдельные молекулы, вы обнаружите кое-что любопытное: они вибрируют и вращаются, совсем немного — квантовая неопределенность в работе. Чтобы поставить точки над i: если вы измерите вращение молекул углекислого газа при абсолютном нуле, вы обнаружите, что атомы кислорода облетают углерод со скоростью несколько километров в час — куда быстрее, чем вы предполагали.

Ближе чем нам кажется

Так что же получается? Где самая низкая температура во вселенной?

На первый взгляд, кажется, что такая температура может существовать где-то очень далеко в темных глубинах космоса, которые еще не доступны нам даже для наблюдения, но как не странно, место, где температура близка к абсолютному нулю намного ближе, чем нам кажется. На Земле ученые в лабораториях все ближе и ближе подбираются к отметке абсолютного нуля. Максимально близко к «Абсолютному нулю» подобрались в США. Американские физики Эрик Корнелл (Eric Allin Cornell) и Карл Виман (Carl Wieman), в 1995 году при охлаждении атомов рубидия, достигли температуры, менее чем на 1/170 млрд. долю градуса выше абсолютного нуля.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *