Космос часто представляют как чрезвычайно холодную пустоту (почти абсолютный ноль по температуре), которая мгновенно все замораживает. Но насколько холодным является космос на самом деле? Удивительно, но пустое пространство само по себе практически не имеет температуры. Температура — это мера движения частиц, а в близком к вакууму космосе почти нет частиц, которые могли бы двигаться и производить тепло. Однако пространство не является по-настоящему пустым — в нем присутствует слабое энергетическое свечение и несколько рассеянных атомов, что придает пространству невероятно низкую общую температуру. В этой статье мы выясним, почему космос холодный, объясним его температуру и почему она не достигает абсолютного нуля, исследуем роль солнечного света и тени, температуру Луны и то, как космическая среда влияет на корабли и астронавтов.
Почему космос холодный?
Космос холодный прежде всего потому, что это почти идеальный вакуум. На Земле тепло передается через теплопроводность (контакт), конвекцию (потоки жидкости) и излучение. В космосе проводимость и конвекция невозможны без материи, поэтому остается только лучевая передача тепла. Любое тепло, которое имеет объект, просто излучается в космос. Таким образом, большая часть Вселенной остается лишь на несколько градусов выше абсолютного нуля (0 К, самая холодная возможная температура).
Какая температура в космосе?
Это слабое свечение энергии в космосе известно как реликтовое излучение, возникшее после Большого взрыва. Оно пронизывает космос и соответствует температуре около 2,7 К, что примерно равно -270 °C, или -455 °F. Итак, хотя космос чрезвычайно холоден, он не является абсолютным нулем — даже самое пустое пространство имеет небольшое тепло, оставшееся от ранней Вселенной. Когда кто-то заинтересуется вопросом, является ли космос абсолютным нулем, стоит заметить, что даже самая холодная туманность, которую когда-либо наблюдали, имеет температуру примерно -458 °F — всего на несколько градусов выше этого абсолютного космического минимума.
Температура в космосе при солнечном свете и в тени
В вакууме космоса прямые солнечные лучи могут нагревать поверхность до +250 °F (121 °C), тогда как уже через несколько футов в тени температура может упасть до -250 °F (-157 °C). Без атмосферы, которая бы равномерно распределяла тепло, космический корабль или скафандр может быть невероятно горячим с одной стороны и ледяным — с другой. Следовательно, температура в космосе под воздействием солнечного света может стремительно повышаться на сотни градусов, а затем так же резко падать в темноте.
В отличие от Земли, где атмосферная среда смягчает температурные колебания, в космосе нет ни воздуха, ни воды, чтобы обеспечить тепловое равновесие.
Насколько холодный космос вблизи Земли?
Интересно, что околоземное пространство — не такое холодное, как глубокий космос. Если учесть одновременно эффекты нагрева и охлаждения, средняя температура космического пространства за пределами атмосферы Земли составляет примерно 50 °F (10 °C) — почти как свежий осенний день!
На низкой околоземной орбите космические корабли, в частности МКС, находятся почти постоянно под действием солнечного света — каждые 90 минут они проходят через периоды освещения и затмения. Такой ритм не дает им полностью остыть, что и повышает среднюю температуру вокруг.
Конечно, эти 50 °F — лишь условные: на самом деле температура в космосе вблизи Земли все еще колеблется от палящей жары до ледяной стужи, как уже говорилось выше.
Почему космос холодный, а Солнце горячее?
Звучит парадоксально, что космос замерзает от холода, а Солнце (расположенное в космосе) раскаляется от жары. Ключевое различие заключается в материи. Солнце — это гигантский шар плотного газа, в котором происходит ядерный синтез, производящий огромное количество тепла. Космос, напротив, почти не имеет материи для поглощения тепла. Энергия Солнца путешествует по космосу в виде излучения, но пока эти лучи не попадают на какую-либо поверхность (например, на планету или вашу кожу), там нет ничего, что могло бы нагреться. Вот почему космос кажется холодным, если вы не находитесь под прямыми солнечными лучами. Земля остается теплой, потому что наша атмосфера и поверхность поглощают солнечное излучение и излучают тепло. Просто быть ближе к Солнцу не гарантирует тепла — например, Меркурий практически не имеет атмосферы, поэтому его дневная сторона чрезвычайно горячая, но ночью его температура падает примерно до -290 °F (-178 °C). По сути, Солнце горячее, потому что содержит много горячего вещества, тогда как космос холодный, потому что почти пустой (солнечный свет, проходящий сквозь него, нагревает только объекты, а не сам вакуум).
Луна горячая или холодная?
Спутник Земли горячий или холодный? Ответ — и то, и другое. Луна не имеет атмосферы, которая бы поддерживала умеренную температуру, поэтому ее поверхность колеблется между экстремальной жарой и экстремальным холодом. В солнечном свете на лунном экваторе температура поверхности достигает около +250 °F (121 °C) — горячее, чем кипяток. Но после захода Солнца температура падает примерно до -300 °F (-184 °C). Это почти 500 °F разница между лунным днем и ночью. Без воздуха, который задерживает тепло, поверхность Луны раскалена под Солнцем и чрезвычайно холодна в темноте. (Именно поэтому астронавтам «Аполлона» для того, чтобы выжить на Луне, нужны были изолированные костюмы с системами обогрева и охлаждения).
Как экстремальные температуры влияют на космические корабли и астронавтов
Экстремальные температуры космоса — как жара, так и холод — ставят большие вызовы перед технологиями и исследователями. Космический корабль должен выдерживать палящую жару, когда на него попадает Солнце, а затем сильный холод, когда он погружается в темноту. Инженеры обеспечивают космические аппараты системами терморегуляции — изоляционными одеялами, светоотражающими покрытиями, обогревателями и радиаторами, — чтобы удерживать внутреннюю температуру в безопасном диапазоне в космосе. Если эти системы выйдут из строя, чувствительные компоненты, такие как электроника или батареи, могут замерзнуть или перегреться из-за резких перепадов температур.
Астронавты сталкиваются с похожей дилеммой на личном уровне. Именно поэтому скафандры действуют как персонализированные системы климат-контроля, с несколькими слоями и активным охлаждением / нагревом, чтобы поддерживать комфортную внутреннюю температуру около 20 °C внутри. Если бы астронавт вышел в открытый космос без скафандра, он бы не замерз мгновенно, как это показывают в некоторых фильмах — на самом деле, под прямыми солнечными лучами он бы чувствовал сильный жар на своем теле. (В тени они в конце концов замерзнут, но в космосе недостаток кислорода будет более насущной проблемой). Задача скафандра — защитить астронавтов от нефильтрованного солнечного излучения, а также изолировать их от космического холода, сохраняя их жизнь и комфорт между пылающим Солнцем и ледяным вакуумом космоса.
