Насколько холодно в космосе?
Температура — это измерение скорости, с которой движутся частицы, а тепло — количество энергии, которой обладают частицы объекта. В космосе нет четкой температуры, так как нет воздуха, который мог бы передавать тепло.
Но космос не является полностью вакуумным. Хотя космическое пространство очень разреженное, там все равно присутствуют различные частицы и газы, которые влияют на окружающие объекты и процессы.
После Большого Взрыва около 13,8 млрд лет назад Вселенная была горячей и плотной, заполненной высокотемпературным газом и энергичными фотонами. С расширением Вселенной газ и фотоны также расширялись и охлаждались. Приблизительно через 380 000 лет произошла рекомбинация, когда электроны и протоны объединились, образуя стабильные атомы, что привело к освобождению пространства и прозрачности Вселенной для света.
Свободные фотоны, которые возникли в результате рекомбинации, постепенно остывали из-за расширения Вселенной. Результатом этого охлаждения стало реликтовое излучение, заполняющее весь космос в диапазоне микроволновых волн. Его температура составляет около −270,45°C.
Как нагреваются объекты в космосе
В вакууме, где отсутствует воздух или другие частицы для передачи тепла путем проводимости и конвекции, тепло может передаваться только через излучение. Тепловое излучение — это электромагнитные волны, которые возникают в результате объединения элементарных частиц, таких как фотоны, электроны и протоны. Фотоны и другие элементарные частицы могут излучаться Солнцем и другими объектами космоса.
Солнечные лучи содержат электромагнитные волны, включая инфракрасное, видимое и ультрафиолетовое излучение. Когда эти лучи попадают на поверхность объекта, они поглощаются, что приводит к нагреванию. Интенсивность нагрева зависит от свойств поверхности объекта и его положения относительно Солнца. Если всю энергию, что доходит от Солнца до Земли принять за 100%, то поверхностью поглощается 48%.
Какая температура снаружи МКС
Международная космическая станция постоянно находится под воздействием солнечного света. Сторона, которая обращена к Солнцу, нагревается до 121 . Теневая сторона охлаждена до −157°C.
Внутри МКС поддерживается комфортный температурный режим для астронавтов, примерно в диапазоне 20−25°C, благодаря системам отопления и охлаждения, которые регулируют условия внутри станции.
Почему космонавты не мерзнут
Температура в открытом космосе может быть суровой для человека, несмотря на то, что вакуум космоса не способен отнимать тепло напрямую из-за отсутствия воздуха или других частиц для проводимости или конвекции, а тепловая потеря через контакт с окружающей средой минимальна. Космические скафандры и аппараты обладают теплоизоляцией, чтобы минимизировать потерю тепла. Они также имеют системы регулирования температуры, включающие обогрев и охлаждение. Чтобы справиться с экстремальной жарой или холодом, большинство космических скафандров изолированы слоями ткани (неопреном, гор-тексом, дакроном) и покрыты отражающими внешними слоями (майларом или белой тканью) для отражения солнечного света.
Температура в космосе при удалении от Земли
С каждым слоем в атмосфере градусы меняются:
Тропосфера простирается от поверхности Земли на высоту от 6 до 20 километров. У поверхности Земли средняя температура составляет 15 . На самой верхней границе тропосферы воздух охлаждается до почти −60°C.
Стратосфера начинается на самом верхнем уровне тропосферы и простирается до 50 километров над поверхностью Земли. Температура колеблется от −51°C на границе тропосферы до −15°C наверху. То, сколько градусов на этом уровне, зависит от озонового слоя, который поглощает ультрафиолетовые лучи солнечной радиации.
Мезосфера простирается от границы стратосферы до 85 километров над поверхностью Земли и содержит самые низкие температуры в атмосфере Земли. Она колеблется от −15°C на границе стратосферы до −120°C на верхней границе.
Термосфера поднимается от вершины мезосферы на высоту от 500 до 1000 километров над поверхностью Земли. Здесь столбики термометров покажут от −120°C на верхней границе мезосферы до 2000 у верхней границы, поскольку поглощается ультрафиолетовое и рентгеновское излучение Солнца.
Экзосфера не имеет четкой границы, поскольку постепенно растворяется в пространстве космоса. Некоторые ученые помещают его на высоту 100 000 километров над Землей. Температурный диапазон экзосферы может достигать 1500 в самых верхних слоях атмосферы, поскольку разреженный воздух пропускает мало тепла.
Защита от холода и жары в космосе
Для защиты от холода в космических аппаратах используются изоляционные материалы с низкой теплопроводностью. Важнейшие части космического корабля обычно покрыты несколькими слоями материала под названием каптон. Между каждым последующим слоем каптона используется другой изоляционный материал — майлар. Они предотвращают потерю тепла. Также устанавливаются системы обогрева для дополнительной тепловой защиты.
Чтобы защититься от жары космоса, применяются отражающие покрытия и защитные экраны, которые отражают и поглощают солнечное излучение. Системы охлаждения отводят избыточное тепло и поддерживают оптимальный температурный режим внутри аппарата.
Правильное размещение компонентов и конструкция аппарата также играют роль в защите от экстремальных условий. Чувствительные к холоду или жаре элементы располагаются ближе к центру аппарата или защищаются изоляционными материалами.
Самая низкая температура в космосе
Самое холодное место во Вселенной — туманность Бумеранг. Она расположена в 5000 световых лет от Земли в созвездии Центавра. При температуре −272°C она всего на 1 градус теплее абсолютного нуля (нижний предел для всех температур). Даже фоновое свечение −270°C от Большого Взрыва теплее, чем эта туманность. Это единственный обнаруженный объект, температура которого ниже радиационного фона.
Туманность Бумеранг — молодая планетарная туманность с умирающим красным гигантом в центре. Когда-то звезда была похожа на наше Солнце, но затем превратилась в медленно угасающего белого карлика с протопланетарной туманностью — двумя симметричными «крыльями», образованными материей, которая выбрасывается из звезды.
Центральная звезда туманности стремительно теряет массу. За последние 1,5 тысячи лет она потеряла полторы массы Солнца. При коллапсе звезда начинает выделять вещество 1−2 потоками плазмы из своих внешних слоев. Если выброс происходит достаточно быстро, тепловая энергия вещества переходит в кинетическую энергию движения, и газ начинает расширяться. В случае туманности Бумеранг звездный ветер (поток газа от центральной звезды) распространяется с огромной скоростью 164 км/с.
В результате быстрого расширения газа температура туманности опускается до очень низкого градуса. Это связано с эффектом адиабатического охлаждения, когда газ расширяется без обмена теплом с окружающей средой.
Температура на планетах Солнечной системы
Чем дальше планета от Солнца, тем она холоднее. Особый случай — Венера, которая является самой горячей планетой в нашей системе. Ее плотная атмосфера создает сильный парниковый эффект, так как углекислый газ задерживается в атмосфере и создает густую область тепла вокруг планеты.
Средняя температура планет Солнечной системы:
- Меркурий — 167
- Венера — 464
- Земля — 15 °C
- Марс — минус 65
- Юпитер — минус 110
- Сатурн — минус 140
- Уран — минус 195
- Нептун — минус 200
- Карликовая планета Плутон — минус 225
