Казалось бы, простой и даже наивный вопрос: почему космос такой холодный, если звезды такие горячие? На деле ответ не так прост, как может показаться на первый взгляд. Мы объясним этот физический процесс понятным языком.
В отличие от нашей комфортной среды обитания на Земле, Солнечная система полна экстремальных температур. Солнце представляет собой раскаленный газовый шар с температурой поверхности 5500°C, а в ядре — до 1,5 млн градусов. Между тем, температура космоса, если удалиться на достаточное расстояние от Солнца, окажется чуть выше абсолютного нуля — примерно -270,6°C. Как такое может быть?
Теплопроводность на планетах
Тепло распространяется через космос в виде излучения — инфракрасной волны энергии, которая переходит от более горячих объектов к более холодным. Волны излучения возбуждают молекулы, с которыми они соприкасаются, вызывая их нагрев. Именно так тепло передается от Солнца к Земле. Но загвоздка в том, что излучение нагревает только те молекулы и материю, которые находятся прямо на его пути. Все остальное остается холодным.
Возьмем Меркурий. По данным NASA, ночная температура на этой планете может быть на 500°C ниже, чем на дневной стороне, подверженной радиационному воздействию. Сравните это с Землей, где воздух вокруг вас остается теплым, даже если вы находитесь в тени. Это потому, что тепло распространяется по нашей планете тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.
Когда солнечное излучение попадает и нагревает молекулы в нашей атмосфере, они передают эту дополнительную энергию молекулам вокруг себя. Затем эти молекулы сталкиваются со своими соседями и нагревают их. Этот перенос тепла от молекулы к молекуле называется теплопроводностью, и это цепная реакция, которая нагревает области за пределами пути солнечного излучения.
Передача тепла в космическом вакууме
Космическое пространство представляет собой вакуум. То есть, очень разреженная среда, практически полностью пустая. Космический вакуум не является действительно совершенным, и в межзвездном пространстве есть несколько атомов водорода на кубический сантиметр. Молекулы газа в космосе находятся далеко друг от друга, чтобы регулярно сталкиваться. Таким образом, даже когда солнце нагревает их инфракрасными волнами, передача тепла посредством теплопроводности невозможна. Точно так же конвекция — форма теплопередачи, которая происходит в присутствии силы тяжести — важна для рассеивания тепла по Земле, но в космосе не происходит из-за невесомости. Поэтому единственным способом передачи энергии от Солнца к Земле остается излучение.
Когда инженер-теплотехник проекта NASA DART Элизабет Абель разрабатывала солнечный зонд Parker, она лично столкнулась с проблемой нагрева космических аппаратов в космосе при непосредственной близости к Солнцу. Parker уже установил рекорды минимального сближения с нашим светилом, а также как самый быстрый объект, когда-либо созданный человеком. От разрушительной температуры Солнца аппарат спасает тепловой экран, который установлен лишь с одной стороны, и этого оказалось достаточно.
«Задача этого экрана — обеспечить защиту от перегрева экстремальной температурой солнечного излучения. В то время, когда защита раскаляется свыше 1000°C, остальная часть корпуса зонда, которая находится в тени, остается холодной и составляет -150 градусов», — объясняет Элизабет Абель.
Экстремальные перепады температур на сотни градусов могут показаться невероятными, но в космосе все обстоит именно так. Настоящая странность для космоса — это Земля: среди сильнейшего холода и жары наша атмосфера сохраняет удивительную мягкость, что позволяет поддерживать жизнь в комфортных для нее условиях.
Напомним, что ранее мы составляли список из ТОП-7 загадок Вселенной.
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
