Здавалося б, просте і навіть наївне питання: чому космос такий холодний, якщо зорі такі гарячі? Насправді відповідь не така проста, як може здатися на перший погляд. Ми пояснимо цей фізичний процес зрозумілою мовою.
На відміну від нашого комфортного середовища проживання на Землі, Сонячна система сповнена екстремальних температур. Сонце є розпеченою газовою кулею з температурою поверхні 5500°C, а в ядрі — до 1,5 мільйона градусів. Тим часом температура космосу, якщо відлетіти на достатню відстань від Сонця, виявиться ледь вище абсолютного нуля — приблизно -270,6°C. Як таке може бути?
Теплопровідність на планетах
Тепло поширюється через космос у вигляді випромінювання — інфрачервоної хвилі енергії, яка переходить від найгарячіших об’єктів до холодніших. Хвилі випромінювання збуджують молекули, з якими вони стикаються, викликаючи їхнє нагрівання. Саме так тепло передається від Сонця до Землі. Але річ у тім, що випромінювання нагріває ті молекули й матерію, які знаходяться на його шляху. Решта залишаються холодними.
Візьмемо Меркурій. За даними NASA, нічна температура на цій планеті може бути на 500°C нижче, ніж на денному боці, схильному до радіаційного впливу. Порівняйте це із Землею, де повітря навколо вас залишається теплим, навіть якщо ви перебуваєте в тіні. Це тому, що тепло шириться нашою планетою у три способи: теплопровідність, конвекція та випромінювання.
Коли сонячне випромінювання потрапляє та нагріває молекули в нашій атмосфері, вони передають цю додаткову енергію молекулам навколо себе. Потім ці молекули зіштовхуються зі своїми сусідами та нагрівають їх. Це перенесення тепла від молекули до молекули називається теплопровідністю, і це ланцюгова реакція, яка нагріває області за межами шляху сонячного випромінювання.
Передача тепла у космічному вакуумі
Космічний простір є вакуумом. Тобто, дуже розріджене середовище, що практично повністю порожнє. Космічний вакуум не досконалий, і в міжзоряному просторі є по кілька атомів водню на кубічний сантиметр. Молекули газу в космосі перебувають далеко одна від одної, щоб регулярно стикатися. Отже, навіть коли сонце нагріває їх інфрачервоними хвилями, передача тепла через теплопровідність неможлива. Так само конвекція — форма теплопередачі, що відбувається у присутності сили тяжіння — важлива для розсіювання тепла по Землі, але у космосі не відбувається через невагомість. Тому єдиним способом передачі енергії від Сонця до Землі залишається випромінювання.
Коли інженерка-теплотехнік проєкту NASA DART Елізабет Абель розробляла сонячний зонд Parker, вона зіткнулася з проблемою нагрівання космічних апаратів у космосі при безпосередній близькості до Сонця. Parker вже встановив рекорди мінімального зближення із Сонцем, а також як найшвидший об’єкт, коли-небудь створений людиною. Від руйнівної температури Сонця апарат рятує тепловий екран, встановлений лише з одного боку, і цього виявилося достатньо.
«Завдання цього екрана — забезпечити захист від перегріву екстремальною температурою сонячного випромінювання. У той час, коли захист розжарюється до понад 1000°С, решта корпусу зонда, що перебуває в тіні, залишається холодною та становить -150 градусів», — пояснює Елізабет Абель.
Екстремальні перепади температур на сотні градусів можуть здатися неймовірними, але у космосі все саме так і відбувається. Справжня дивність для космосу — це Земля: серед найсильнішого холоду та екстремальної спеки наша атмосфера зберігає м’якість, що дозволяє підтримувати життя у комфортних для неї умовах.
Нагадаємо, що раніше ми складали список із ТОП-7 загадок Всесвіту.
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтесь: https://t.me/ustmagazine
