Почему в космосе холодно, если Солнце горячее?
Хоть Солнце и удалено на 150 миллионов км от нашей планеты, это не мешает ему дарить нам свое тепло ежедневно. Если даже на Земле температура доходит до +50°C и даже +60, зарегистрированных буквально в прошлом году в Кувейте, то что же происходит на более близком расстоянии к звезде? Но более интересно то, почему в космосе все равно холодно, если Солнце такое горячее? Об этом мы сегодня и поговорим.
Что такое тепло и температура
Для начала немного окунемся в матчасть, чтобы понять «откуда ноги растут». Первое, что нам нужно уяснить, это разница между словами «тепло» и «температура». Очень часто они используются как синонимы, но это не совсем правильно. Говоря простыми словами, тепло – это энергия. Она хранится как внутри Солнца, так и в нас с вами. А температура – измерение той самой энергии, способ вычислить, насколько теплый/холодный какой-нибудь объект или среда. Когда тепло покидает тело, его температура понижается.
«Выход» тепла из одного объекта и его переход в другой может осуществляться тремя способами: проводимостью, конвекцией и излучением. Проводимость характерна для твердых объектов. При нагревании более горячие частицы сталкиваются с более холодными и таким образом передают им тепло. Конвекция относится к газам и жидкостям. Вы наверняка знаете, что тепло не опускается, а поднимается. Именно поэтому в комнате под потолком всегда температура чуть выше, чем внизу. То же самое касается и поверхности воды, где заметно теплее, чем на дне. Это происходит благодаря конвекции. Молекулы жидкости или газа нагреваются и устремляются вверх. Там они вытесняют холодные молекулы, которые в свою очередь опускаются вниз.
Что такое тепло и температура
При излучении объект передает свое тепло в виде света. Возможно, для кого-то это станет открытием, но излучение характерно вообще для всего вокруг нас и для нас самих тоже. Люди также излучают тепло в форме инфракрасных волн. Увидеть это невооруженным глазом, конечно же, нельзя, но вот на тепловизоре – легко. Так работают различные приборы ночного видения и прочие инфракрасные камеры. Чем наблюдаемое тело горячее, тем больше тепла излучает и ярче светится на тепловизоре. Самым ярким примером (простите за каламбур) теплового излучения является наша звезда, которая отдает свое тепло всем планетам, вращающимся вокруг нее. Кому-то больше, кому-то меньше, но светит Солнце всем.
Если вы уловили все выше сказанное, то знайте, что мы уже близки к ответу на вопрос: «Почему в космосе холодно, если Солнце горячее?». Итак, для проводимости и конвекции необходимо определенное количество частиц, которые будут передавать тепло между собой, например, частицы воздуха в земной атмосфере. Но проблема космоса заключается в том, что там таких частиц крайне мало (и воздуха там нет, там вообще ничего нет, кроме вакуума), поэтому там эти два способа теплопередачи неэффективны от слова совсем.
Что же тогда остается? Правильно, излучение. Оно движется от Солнца и попадает на какой-либо объект, который начинает его поглощать. На Земле в этом случае сработала бы проводимость или конвекция, так как здесь есть достаточное для этого количество частиц материи, в нашем случае – воздуха. Но в космосе это не сработает, потому что в вакууме не хватает той самой материи, которая могла бы поглотить солнечное тепло и передать его другим объектам. Поэтому в космосе и холодно.
Почему в космосе холодно
Почему в тени так холодно
Как вам известно, в тени всегда прохладнее. Особенно сильно это заметно ночью, когда даже в летний период может быть достаточно холодно. Теперь вы знаете, что это объясняется отсутствием солнечного излучения в этой части планеты. Это полушарие просто повернуто в другую сторону – одно из доказательств того, что Земля круглая. Но сейчас не об этом.
Если в пределах нашей планеты во тьме температура падает на несколько градусов, то в космосе эта разница просто колоссальна. Вспомните тот же Меркурий, который невероятно горячий с одной стороны и дико холодный с другой. Но давайте для более наглядного примера возьмем что-нибудь поближе, например, Луну. Сторона нашего спутника, повернутая к Солнцу, нагревается до +127 градусов по Цельсию. В это время обратная сторона мерзнет при -173. Почему же такой же эффект не наблюдается на Земле? Все из-за атмосферы. Именно она равномерно распределяет солнечное излучение, обеспечивая нам постепенное снижение и увеличение температуры, а не резкое. Если бы Земля не вращалась вокруг своей оси, температура на темном полушарии постепенно продолжила бы падать, а на светлом – повышаться.
Еще один известный пример – солнечный зонд Parker, который был отправлен изучать наше светило. Он использовал теплозащитный экран, чтобы не сгореть от солнечного излучения. И температура этого экрана повышалась до 120 градусов, а вот сам зонд, который за ним прятался, промерзал до -150.
Источник
Почему в космосе холодно, если Солнце горячее
Солнце находится на расстоянии около 150 миллионов километров от Земли, но мы можем чувствовать его тепло каждый день. Удивительно, как горящий объект издалека может излучать тепло на таком большом расстоянии.
Мы не говорим о температурах, которые едва регистрируют его присутствие. В 2019 году температура в Кувейте достигла 63 ° C под прямыми солнечными лучами. Если вы будете стоять при таких температурах в течение длительного периода, вы рискуете умереть от теплового удара.
Но больше всего озадачивает то, что космическое пространство остается холодным. Итак, почему пространство такое холодное, если Солнце такое жаркое?
Чтобы понять это удивительное явление, важно сначала распознать разницу между двумя терминами, которые часто используются взаимозаменяемо: тепло и температура.
Роль тепла и температуры
Проще говоря, тепло — это энергия, хранящаяся внутри объекта, в то время как тепло или холодность этого объекта измеряется температурой. Таким образом, когда тепло передается объекту, его температура повышается. И происходит снижение значения температуры, когда тепло извлекается из объекта.
Эта передача тепла может происходить через три режима: проводимость, конвекция и излучение.
Теплопередача через проводимость происходит в твердых телах. Когда твердые частицы нагреваются, они начинают вибрировать и сталкиваться друг с другом, передавая тепло при этом от более горячих частиц к более холодным.
Теплопередача через конвекцию — явление, наблюдаемое в жидкостях и газах. Этот режим теплопередачи также происходит на поверхности между твердыми телами и жидкостями.
Когда жидкость нагревается, молекулы поднимаются вверх и переносят тепловую энергию вместе с ними. Комнатный обогреватель — лучший пример, демонстрирующий конвективный теплообмен.
Когда обогреватель нагревает окружающий воздух, температура воздуха будет повышаться, и воздух поднимется до верха комнаты. Присутствующий сверху холодный воздух вынужден двигаться вниз и нагреваться, создавая конвекционный ток.
Передача тепла посредством излучения — это процесс, при котором объект выделяет тепло в форме света. Все материалы излучают некоторое количество тепловой энергии в зависимости от их температуры.
При комнатной температуре все объекты, включая нас, людей, излучают тепло в виде инфракрасных волн. Из-за излучения тепловизионные камеры могут обнаруживать объекты даже ночью.
Чем горячее объект, тем больше он будет излучать. Солнце является отличным примером теплового излучения, которое переносит тепло через солнечную систему.
Теперь, когда вы знаете разницу между теплом и температурой, мы очень близки к тому, чтобы ответить на вопрос, поставленный в заголовке этой статьи.
Теперь мы знаем, что температура может влиять только на материю. Однако в космосе недостаточно частиц, и это почти полный вакуум и бесконечное пространство.
Это означает, что передача тепла неэффективна. Невозможно передать тепло посредством проводимости или конвекции.
Излучение остается единственной возможностью.
Когда солнечное тепло в форме излучения падает на объект, атомы, составляющие объект, начинают поглощать энергию. Эта энергия начинает двигаться атомы вибрировать и заставлять их производить в процессе тепло.
Однако с этим явлением происходит нечто интересное. Поскольку нет возможности проводить тепло, температура объектов в пространстве будет оставаться неизменной в течение длительного времени.
Горячие предметы остаются горячими, а холодные остаются холодными.
Но когда солнечные лучи попадают в земную атмосферу, появляется много материи для возбуждения. Следовательно, мы чувствуем излучение солнца как тепло.
Это естественно вызывает вопрос: Что произойдет, если мы поместим что-то вне атмосферы Земли?
Космическое пространство может с легкостью заморозить или сжечь вас
Когда объект находится за пределами земной атмосферы и при прямом солнечном свете, она будет нагрета до около 120°C. Объекты вокруг Земли, и в космическом пространстве, которые не получают прямых солнечных лучей находятся в пределах 10°C.
Температура 10°C обусловлена нагревом некоторых молекул, покидающих земную атмосферу. Однако, если мы измерим температуру пустого пространства между небесными телами в космосе, это будет всего на 3 Кельвина выше абсолютного нуля.
Итак, главный вывод здесь заключается в том, что температуру Солнца можно почувствовать только в том случае, если есть материя, чтобы поглотить ее, в космосе почти нет материи, отсюда и холод.
Две стороны солнечного тепла
Мы знаем, что в затененных областях холодно. Лучшим примером является ночное время, когда температура снижается, так как в этой части Земли нет излучения.
Однако в космосе все немного по-другому. Да, объекты, которые скрыты от солнечного излучения, будут холоднее, чем пятна, которые получают солнечный свет, но разница довольно существенная.
Объект в космосе столкнется с двумя экстремальными температурами с двух сторон.
Давайте возьмем для примера Луну. Области, которые получают солнечный свет, нагреваются до 127°C, а темная сторона Луны будет при температуре замерзания -173°C.
Но почему земля не имеет таких же эффектов? Благодаря нашей атмосфере инфракрасные волны от солнца отражаются, и те, которые входят в атмосферу Земли, равномерно распределены.
Вот почему мы чувствуем постепенное изменение температуры, а не крайнюю жару или холод.
Другим примером, показывающим полярность температуры в космосе, является влияние солнца на солнечный зонд Parker. Солнечный зонд Parker — это программа НАСА, где зонд был отправлен в космос для изучения Солнца.
Солнечный зонд «Паркер»
В апреле 2019 года зонд находился всего в 15 миллионах миль от Солнца. Чтобы защитить себя, он использовал теплозащитный экран.
Температура теплового экрана, когда он был бомбардирован солнечным излучением, составляла 121°C, в то время как остальная часть зонда имела -150°C.
Космос — это лучший термос
Когда нагревать нечего, температура системы остается прежней. Это относится и к космосу. Солнечное излучение может проходить через него, но нет молекул или атомов, чтобы поглотить это тепло.
Даже когда скала нагревается выше 100°C излучением Солнца, пространство вокруг нее не будет поглощать никакой температуры по той же причине. Когда нет материи, передача температуры не происходит.
Следовательно, даже когда солнце излучает, пространство остается холодным как лед!
Источник
Какая температура в открытом космосе?
Если туманности имеют температуру в тысячи градусов, почему тогда в космосе холодно?
Везде ли в космосе холодно?
Когда мы представляем космос, то представляем его черным, пустым… и холодным конечно же. В самом деле, если температура на планетах удаленных от Солнца гораздо ниже нуля, то и в космосе, который окружает эти планеты, также должно быть ужасно холодно!
Однако стоит заглянуть в серьезные книги касающиеся структуры и состава межзвездного вещества, и на глаза вам обязательно попадутся “крамольные” сведения, например о том, что что температура газовых туманностей подчас измеряется многими тысячами кельвинов. Прочитав это, легко впасть в недоумение – неужели в межзвездном пространстве господствует жара не меньшая, чем на поверхности звезд? Или это только в некоторых местах космоса “жарко”, а в других “холодно”?
Одним словом, широко распространенное мнение об ужасающем холоде космоса оказывается как будто-то бы несколько преувеличенным. Парадокс!
На самом деле суть данного парадокса заключается в многообразном значении слова «температура». Кажущееся простым и очевидным, это понятие на самом деле весьма сложно. Одним и тем же словом «температура» астрофизики и мы, “обычные граждане” в разных случаях именуем совершенно разные вещи.
Для нас температура это то самое “горячо” или “холодно”. В астрофизике же температурой называют физическую величину, которая характеризует распределение энергии между движущимися частицами вещества. Звучит немного непонятно? Давайте разберемся!
Со стороны звездные туманности напоминают земные облака, но на самом деле концентрация газа в них такова, что 1 молекула газа попадается на несколько десятков кубических километров пространства! Даже будь эта молекула горячее Солнца, её энергии не хватило бы, чтобы согреть всё это гигантское пространство.
Как правильно измерить температуру в космосе?
В житейской практике под температурой понимают некоторую величину, которая характеризует среднюю кинетическую энергию (т. е. энергию движения) молекул данного тела. Для измерения такого рода температуры можно воспользоваться обычным градусником.
Опуская градусник в теплую ванну, мы видим, как ртутный столбик термометра, медленно поднимаясь, наконец останавливается на определенном делении. Что же при этом происходит?
Если вода в ванне нагрета сильнее, чем окружающий воздух и термометр, это значит, что молекулы воды движутся в среднем быстрее, чем частицы термометра.
Вас может заинтересовать
А какую температуру имеют солнечные пятна? Сейчас разберемся! Подробнее об этом
Когда термометр опущен в воду, энергия движения молекул воды постепенно передается через стеклянную оболочку термометра заключенной в нем ртути. Механизм передачи состоит в сущности в том, что энергичные молекулы воды, ударяясь о медлительные частицы стеклянной трубки термометра, «расталкивают» и «тормошат» последние настолько, что в конце концов все усиливающаяся толчея частиц охватывает и ртуть.
Только тогда, когда частицы ртути термометра начнут двигаться с такой же средней кинетической энергией, как и молекулы нагретой воды, процесс передачи тепла от горячего к холодному прекратится. Равенство энергии и выразится в равенстве температуры воды и термометра, столбик которого застынет на определенном делении.
Подобным образом измерить температуру газовой туманности нельзя. Дело здесь, конечно, не только в невозможности погрузить термометр в туманность. Само понятие температуры в этом случае, очевидно, должно быть сформулировано иначе.
Какая температура в открытом космосе?
Газовые туманности – это фактически смесь огромного количества атомов, ионов, электронов, да и молекул.
Обо всем этом нам рассказывает свет, излучаемый туманностью. Исследуя их, можно сказать, насколько сильно ионизированы атомы туманности и как быстро (в среднем) движутся в ней свободные электроны. В первом случае астрофизики употребляют величину, называемую ими ионизационной температурой, во втором – электронной температурой. Ионизационная температура характеризует степень ионизации атомов туманности. Электронная температура есть мера энергии движения находящихся в туманности электронов.
Именно эти температуры имеют в виду астрофизики, когда говорят, что туманность «накалена» до нескольких тысяч градусов.
Если бы возможно было поместить внутрь туманности самый обыкновенный градусник, его температура быстро упала бы почти до абсолютного нуля. Как же согласовать между собой это странное явление и высокую температуру туманности?
«Жара» туманности никак не отразится на градуснике. Концентрация частиц в туманности очень мала, поэтому их столкновения с градусником будут происходить крайне редко. Они просто не успеют “разогреть” градусник – остывать (то есть отдавать свое тепло) он будет быстрее! Не почувствовали бы никакой жары и мы, если бы вдруг очутились внутри туманности. Физиологическое ощущение тепла связано с энергией движения молекул нашего тела, но редкие удары атомов и электронов туманности практически никак не изменят кинетическую энергию молекул тела.
Наоборот, непрерывно излучая тепло, мы быстро охладимся, как и термометр, и вместо жары почувствуем невообразимый холод межзвездных пространств. «Леденящая жара» оказывается совсем не таким бессмысленным выражением, как, например, «деревянное железо».
Существует ли что-то ещё более черное, чем глубины космоса? Разумеется — и это что-то: загадочная темная материя. Подробнее об этом
Так какова же все-таки температура межзвездного пространства? Господствуют ли там холода, по сравнению с которыми морозы Антарктиды покажутся тропической жарой, или нагреваемый излучением звезд космический корабль будущего будет странствовать при вполне приемлемом температурном режиме?
Пространство само по себе не может иметь какую-либо температуру. Последняя есть мера энергии движущихся частиц некоторого тела.
Какая температура в открытом космосе?
Понятие «температура межзвездного пространства» употребляется астрономами в некотором условном смысле.
Так называют температуру, до которой нагрелся бы небольшой черный шарик, поглощающий все падающие на него лучи, если бы мы поместили его где-нибудь посреди звезд на примерно одинаковом удалении от них.
Так какая же температура в открытом космосе? Расчеты показывают, что, «впитывая» в себя все излучение звезд такой шарик смог бы нагреться до температуры, всего на два кельвина большей абсолютного нуля.
Это и есть «температура космоса».
И если придерживаться обычного, житейского понимания температуры и опираться на физиологические ощущения горячего и холодного, то в таком случае приходится считать газовую межзвездную среду весьма холодной, несмотря на те тысячи градусов, о которых говорят астрофизики.
Источник