Почему в космосе холодно и почему, с точки зрения физиков, это место уникальное?
Если бы у людей была возможность путешествовать в космосе, от планеты к планете, то насколько тщательно необходимо было бы все продумывать. Вплоть до еды, температуры и личной гигиены. Голливуд изобилует фильмами, посвященные космической теме, в которых люди в открытом космосе окончательно теряли шансы на жизнь. Каждый видел картину, когда окоченевший скафандр уносится вдоль орбиты. Почему в космосе холодно? Ведь на орбите земли находится множество космонавтов, которые выходили в открытый космос, и они оставались целыми и невредимыми.
Холодно ли в космосе?
Допустим, что мы находимся максимально далеко от небесных светил, которые своей энергией и температурой способны воздействовать на материальное тело. Также изолируемся от планет и их спутников, которые способны повлиять на температуру своим ядром. При соблюдении этих моментов температура будет равна -274 градусов по Цельсию. Эта температура называется абсолютным нулем, то есть ниже нее температура быть в природе не может. Почему в космосе холодно? — потому что это единственное место, где температура опускается до абсолютного нуля.
В повседневных реалиях температура не может иметь значения ниже нуля. Исключение составляет только самые отдаленные участки вселенной. На орбите земли, с учетом всех факторов, температура составляет примерно — 4 градуса по Цельсию.
Что происходит при абсолютном нуле
Абсолютный нуль — это нуль температуры по шкале Кельвина. При стандартных условиях такая температура невозможна. Самая холодная температура в космосе -274 (по Цельсию) или 0 (по Кельвину). Так почему же температура не способна перевалить за данную границу?
По третьему началу термодинамики, которую согласовал Нернст, при стремлении температуры к ее абсолютному нулю, к ней стремится энтропия системы (или тела), теплоемкость и коэффициент температурного расширения. Если значение температуры достигло абсолютного нуля, то останавливается процесс хаотичного движения атомов и молекул. С точки зрения термодинамики тело распадается на молекулы. А с точки зрения квантовой физики в теле продолжают происходить нулевые колебания. Именно эти суждения помогают ответить на вопрос: «Почему в космосе холодно?».
Физики из Йельского университета провели опыт на монофториде стронция (SrF). В магнитное поле поместили молекулу, которая постоянно теряла свою энергию и в конечном итоге, при максимально возможном приближении к абсолютному нулю молекула распалась на атомы.
Благодаря исследованиям близких к абсолютному нулю температур, был получен эффект сверхпроводимости, который широко используется в промышленности и науке.
Перенося ситуацию в космическое пространство, можно сказать что достижение абсолютного нуля затрудняется излучением со стороны звезд.
Виды теплопередачи
В школьном курсе физики рассматривается раздел термодинамики, в котором уделяют внимание на виды теплопередач. Этот раздел из физики поможет ответить на вопрос «почему в космосе холоднее, чем на земле».
Выделяют три вида теплопередачи в природе:
- Теплопроводность. Это переход энергии от более нагретого тела или участка тела к менее нагретому. Стоит отметить, что невозможен переход энергии от более холодному к менее холодному (по принципу второго начала термодинамики). Пример: нагревание металлического тела.
- Конвекция. Энергия передается потоками (струями). Пример: теплопередача в комнате между холодным и теплым воздухом.
- Излучение. Энергия передается с помощью электромагнитных волн. Пример: солнечное тепло.
Так как космос является вакуумом (плотность молекул в космосе пренебрежимо мало — 10^-31 г/см^3), следует полагать что единственный возможный вариант теплопередачи — излучение. Земля не является вакуумом, она имеет атмосферу (молекулы на поверхности планеты), которая позволяет производить сразу три вида теплопередачи.
Зависимость температуры от положения тела
Излучение в космосе исходит от нагретых тел, в нашей галактике — это Солнце. Солнце отправляет со своей поверхности электромагнитные волны, которые имеют прямую траекторию движения. Следовательно, тело получает энергию, если Солнце находится в зоне видимости.
Если на объект попадают электромагнитные волны, то тело поглощает тепловую энергию. Но обмен с окружающей средой осуществляться не будет, так как тело окружает вакуум, который практически не имеет молекул.
Если объект находится, например, за темной стороной планеты, куда электромагнитные волны не могут попасть, то тело действительно будет охлаждаться, стремясь к абсолютному нулю.
Поэтому на поверхность космических станций и скафандров наносят термостойкое покрытие.
Как реагирует наш организм в открытом космосе
В скафандрах предусмотрены система охлаждения и нагрева для разных внештатных случаев. Поэтому с человеком, который находится в исправном скафандре, ничего опасного не случится.
Реальный случай произошел в 1966 году когда скафандр подвергся декомпрессии, и астронавт на 30 минут потерял сознание. Описывая свои ощущения, он сказал, что слюна в его рту буквально начала кипеть. Это связано с тем, что уменьшилось давление, и, следовательно, уменьшилась температура кипения. Но кровь не подверглась кипению, так как была защищена сосудами.
Источник
Какая температура в космосе?
Всем нам с самого детства известно, что в африканских странах обычно царит жаркая погода, а в Антарктиде — всегда холодно. Но задумывались ли вы когда-нибудь о том, насколько тепло или холодно в открытом космосе? Температура является результатом движения молекул, из которых состоят все материальные объекты — чем быстрее движутся эти крошечные частицы, тем объект горячее. Так как в космосе нет никаких частиц и он считается вакуумным пространством, понятие «температура» к нему совершенно не применимо. Однако, чтобы ответ на интересующий многих людей все-таки существовал, ученые уверяют, что температура космоса — это «абсолютный ноль». Но значит ли это, что космические корабли не нагреваются в космосе до высоких температур и там всегда относительно хорошая погода? Что-то не верится, поэтому давайте разбираться.
В открытом космосе не помогут ни шорты, ни шуба — нужен специальный костюм
Вакуум — это пространство, в котором нет никаких веществ, даже воздуха. С переводе с латинского, слово «vacuus» переводится как как «пустой».
Погода в космосе
Если говорить коротко, то «абсолютный ноль» — это самая низкая температура, которая возможна во Вселенной, холоднее уже некуда. В Цельсиях этот показатель равен -273,15 градусам. При такой температуре атомы, которые являются мельчайшими частицами всех химических элементов, полностью перестают двигаться. В открытом космосе молекулы есть, но их очень мало, так что они практически не взаимодействуют друг с другом. Движения нет, а это явный признак «абсолютного нуля», подробнее о котором написано в этом материале.
Интересный факт: самая холодная температура воздуха на нашей планете была зафиксирована в 1983 году, на территории Антарктиды. Тогда столбики термометров опустились до -89,15 градусов Цельсия
Экстремальные условия космоса
Итак, по словам ученых, в открытом космосе температура равна -273,15 градусам Цельсия. Но это совершенно не значит, что все попадающие в космос объекты мгновенно обретают ту же температуру. Как и на поверхности нашей планеты, космические корабли, спутники и другие объекты могут нагреваться и охлаждаться, причем до экстремальных уровней. Но передача тепла в космосе возможна только одним способом.
Вообще, существует три способа передачи тепла:
- проводимость, которую можно наблюдать при нагревании металлического стержня — если нагреть один конец, со временем горячей станет и противоположная часть;
- конвекция, которую можно наблюдать, когда теплый воздух перемещается из одной комнаты в другую;
- излучение, когда испускаемые космическими объектами элементарные частицы вроде фотонов (частиц света), электронов и протонов объединяются, образуя движущиеся частицы.
Как вы уже догадались, в космосе объекты нагреваются под воздействием активности элементарных частиц — ведь мы уже выяснили, что температура является результатом движений молекул? Фотоны и другие элементарные частицы могут излучаться Солнцем и другими космическими объектами.
Насколько сильно и быстро будут нагреваться или охлаждаться попавшие в космос объекты, напрямую зависит от их местоположения относительно звезд и планет, размеров, формы и так далее. Например, летящий в космосе космический корабль будет буквально раскален со стороны Солнца, а его теневая сторона будет очень холодной. Чем дальше корабль находится от небесного светила — тем сильнее будет разница в степени нагрева.
При строительстве космических кораблей важно учитывать экстремальные изменения температур
Международная космическая станция постоянно находится под воздействием солнечного света. Сторона, которая обращена к Солнцу, нагревается до 260 градусов Цельсия. Теневая сторона, в свою очередь, охлаждена до 100 градусов Цельсия. Экипажу космической станции иногда приходится выходить на поверхность конструкции и подвергаться резким сменам температур. Поэтому их костюмы оснащены системой нагрева и охлаждения, благодаря которой исследователи космоса чувствуют себя относительно комфортно.
О том, какие бывают скафандры, недавно писал мой коллега Артем Сутягин. Оказывается, они бывают не только космическими.
Чем дальше от Солнца расположены космические объекты, тем они холоднее. Например, температура на Плутоне, которая расположена очень далеко, равняется -240 градусам Цельсия. А самое холодное место во Вселенной расположено в туманности Бумеранг — температурный режим в этом регионе равен -272 градусам Цельсия.
Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Там вы найдете материалы, которые не были опубликованы на сайте!
В общем если вы когда-нибудь фантастическим образом окажетесь в открытом космосе, вам понадобится костюм, внутри которого температура будет регулироваться автоматически. Но резкие изменения температуры — не единственная проблема, которая будет вас поджидать. В космическом пространстве человеческое тело терпит много изменений, о которых можно почитать в этом материале.
Источник
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