Космос часто уявляють як надзвичайно холодну порожнечу (майже абсолютний нуль за температурою), яка миттєво все заморожує. Але наскільки холодним є космос насправді? Дивно, але порожній простір сам по собі практично не має температури. Температура — це міра руху частинок, а у близькому до вакууму космосі майже немає частинок, які могли б рухатись і виробляти тепло. Однак простір не є по-справжньому порожнім — у ньому присутнє слабке енергетичне світіння та кілька розсіяних атомів, що надає простору неймовірно низьку загальну температуру. У цій статті ми з’ясуємо, чому космос холодний, пояснимо його температуру і чому вона не досягає абсолютного нуля, дослідимо роль сонячного світла та тіні, температуру Місяця і те, як космічне середовище впливає на кораблі та астронавтів.
Чому космос холодний?
Космос холодний насамперед тому, що це майже ідеальний вакуум. На Землі тепло передається через теплопровідність (контакт), конвекцію (потоки рідини) та випромінювання. У космосі провідність і конвекція неможливі без матерії, тому залишається лише променева передача тепла. Будь-яке тепло, яке має об’єкт, просто випромінюється в космос. Таким чином, більша частина Всесвіту залишається лише на кілька градусів вище абсолютного нуля (0 К, найхолодніша можлива температура).
Яка температура в космосі?
Це слабке світіння енергії в космосі відоме як реліктове випромінювання, що виникло після Великого вибуху. Воно пронизує космос і відповідає температурі близько 2,7 К, що приблизно дорівнює -270 °C, або -455 °F. Отже, хоча космос надзвичайно холодний, він не є абсолютним нулем — навіть найпорожніший простір має невелике тепло, що залишилося від раннього Всесвіту. Коли хтось зацікавиться питанням, чи є космос абсолютним нулем, варто зауважити, що навіть найхолодніша туманність, яку коли-небудь спостерігали, має температуру приблизно -458 °F — лише на кілька градусів вище цього абсолютного космічного мінімуму.
Магазин від Universe Space Tech
Комплект журналів Сонце, Місяць та Марс
До товару
Температура в космосі при сонячному світлі та в тіні
У вакуумі космосу прямі сонячні промені можуть нагрівати поверхню до +250 °F (121 °C), тоді як уже за кілька футів у тіні температура може впасти до -250 °F (-157 °C). Без атмосфери, яка б рівномірно розподіляла тепло, космічний корабель або скафандр може бути неймовірно гарячим з одного боку і крижаним — з іншого. Отже, температура в космосі під впливом сонячного світла може стрімко підвищуватись на сотні градусів, а потім так само різко падати в темряві.
На відміну від Землі, де атмосферне середовище пом’якшує температурні коливання, у космосі немає ні повітря, ні води, щоб забезпечити теплову рівновагу.
Наскільки холодний космос поблизу Землі?
Цікаво, що навколоземний простір — не такий холодний, як глибокий космос. Якщо врахувати одночасно ефекти нагрівання та охолодження, середня температура космічного простору за межами атмосфери Землі становить приблизно 50 °F (10 °C) — майже як свіжий осінній день!
На низькій навколоземній орбіті космічні кораблі, зокрема МКС, перебувають майже постійно під дією сонячного світла — кожні 90 хвилин вони проходять через періоди освітлення та затемнення. Такий ритм не дає їм повністю охолонути, що й підвищує середню температуру навколо.
Звісно, ці 50 °F — лише умовні: насправді температура в космосі поблизу Землі все ще коливається від палючої спеки до крижаної холоднечі, як уже йшлося вище.
Чому космос холодний, а Сонце гаряче?
Звучить парадоксально, що космос замерзає від холоду, а Сонце (що розташоване в космосі) розжарюється від спеки. Ключова відмінність полягає в матерії. Сонце — це гігантська куля щільного газу, в якій відбувається ядерний синтез, що виробляє величезну кількість тепла. Космос, навпаки, майже не має матерії для поглинання тепла. Енергія Сонця мандрує космосом у вигляді випромінювання, але поки ці промені не потрапляють на яку-небудь поверхню (наприклад, на планету чи вашу шкіру), там немає нічого, що могло б нагрітися. Ось чому космос здається холодним, якщо ви не перебуваєте під прямими сонячними променями. Земля залишається теплою, бо наша атмосфера і поверхня поглинають сонячне випромінювання та випромінюють тепло. Просто бути ближче до Сонця не гарантує тепла — наприклад, Меркурій практично не має атмосфери, тому його денна сторона надзвичайно гаряча, але вночі його температура падає приблизно до -290 °F (-178 °C). По суті, Сонце гаряче, бо містить багато гарячої речовини, тоді як космос холодний, бо майже порожній (сонячне світло, що проходить крізь нього, нагріває лише об’єкти, а не сам вакуум).
Місяць гарячий чи холодний?
Супутник Землі гарячий чи холодний? Відповідь — і те, й інше. Місяць не має атмосфери, яка б підтримувала помірну температуру, тому його поверхня коливається між екстремальною спекою та екстремальним холодом. У сонячному світлі на місячному екваторі температура поверхні сягає близько +250 °F (121 °C) — гарячіше, ніж окріп. Але після заходу Сонця температура падає приблизно до -300 °F (-184 °C). Це майже 500 °F різниця між місячним днем і ніччю. Без повітря, яке затримує тепло, поверхня Місяця розпечена під Сонцем і надзвичайно холодна в темряві. (Саме тому астронавтам «Аполлона» для того, щоб вижити на Місяці, потрібні були ізольовані костюми з системами обігріву та охолодження).
Як екстремальні температури впливають на космічні кораблі та астронавтів
Екстремальні температури космосу — як спека, так і холод — ставлять великі виклики перед технологіями та дослідниками. Космічний корабель повинен витримувати пекучу спеку, коли на нього потрапляє Сонце, а потім сильний холод, коли він занурюється в темряву. Інженери забезпечують космічні апарати системами терморегуляції — ізоляційними ковдрами, світловідбивними покриттями, обігрівачами та радіаторами, — щоб утримувати внутрішню температуру в безпечному діапазоні в космосі. Якщо ці системи вийдуть із ладу, чутливі компоненти, такі як електроніка або батареї, можуть замерзнути або перегрітися через різкі перепади температур.
Астронавти стикаються зі схожою дилемою на особистому рівні. Саме тому скафандри діють як персоналізовані системи клімат-контролю, з кількома шарами та активним охолодженням / нагріванням, щоб підтримувати комфортну внутрішню температуру близько 20 °C всередині. Якби астронавт вийшов у відкритий космос без скафандра, він би не замерз миттєво, як це показують у деяких фільмах — насправді, під прямим сонячним промінням він би відчував сильний жар на своєму тілі. (У затінку вони зрештою замерзнуть, але в космосі нестача кисню буде більш нагальною проблемою). Завдання скафандра — захистити астронавтів від нефільтрованого сонячного випромінювання, а також ізолювати їх від космічного холоду, зберігаючи їхнє життя і комфорт між палаючим Сонцем і крижаним вакуумом космосу.
