Космос традиционно воспринимается как невероятно холодное место, однако научное определение температуры и её значение в открытом космосе существенно отличаются от бытовых представлений. Учёные давно изучают этот вопрос, чтобы понять физику Вселенной вне планет и звёзд, а также условия, в которых оказываются космические аппараты и астронавты.
Что такое «температура» в космосе
«Температура» — это характеристика движения и энергии частиц вещества. На Земле мы чувствуем тепло или холод благодаря теплопередаче через воздух или контакт с поверхностями. Однако в космическом пространстве почти нет частиц, и соответственно нет плотной среды для обмена теплом через конвекцию и теплопроводность — те процессы, которые на Земле заставляют нас мерзнуть или перегреваться. В вакууме таких механизмов нет, остается только излучение, то есть перенос энергии через фотоны. Именно это определяет, как «температурно» воспринимается космос.
Реликтовое излучение: фоновая температура Вселенной
Даже в самых пустых областях космоса существует космическое микроволновое фоновое излучение (CMB) — остаточное тепло от Большого взрыва. Оно присутствует повсюду и имеет очень строгий спектр, соответствующий никакой другой известной форме энергии. Температура этого излучения составляет примерно 2,7 Кельвина, что на шкале Цельсия соответствует примерно −270,45 °C. Эта величина считается фоновым уровнем температуры пустого космоса, поскольку именно это излучение «освещает» и нагревает самые удалённые уголки Вселенной, где нет звёзд и галактик.
Отсутствие «универсально холодного» космоса
Важно понимать: в вакууме нет температуры в привычном смысле, поскольку почти нет частиц, которые могли бы колебаться и создавать тепловое движение. Температуру можно определить только для веществ или полей излучения, которые существуют в пространстве. В отсутствие материи сама «пустота» не обладает температурами, как, например, воздух на Земле. Именно поэтому в космосе возможны крайне низкие температуры реликтового фона, близкие к абсолютному нулю.
Температура и плотность частиц
Плотность частиц в космосе — чрезвычайно малая: в межзвёздном пространстве на кубический сантиметр может приходиться лишь единицы частиц газа, а между галактиками — ещё меньше. Из-за этого частицы не сталкиваются друг с другом достаточно часто, чтобы установить тепловое равновесие так, как это происходит в земной атмосфере. В результате практически отсутствует традиционная температура вещества за пределами космических тел.
Температура объектов в космосе
Хотя вакуум сам по себе практически не имеет температуры в привычном смысле, отдельные объекты в космосе могут обладать высокой или низкой температурой в зависимости от их окружения и физических свойств:
- Звёзды, подобные Солнцу, нагреты до тысяч и миллионов градусов в ядре и несколько тысяч на поверхности;
- Планеты без атмосферы испытывают огромные перепады: с яркой стороны нагреваются солнечным излучением, а в тени быстро охлаждаются;
- Межзвёздный газ (редкие облака водорода и других элементов) может иметь температуру от десятков до сотен Кельвинов;
- Экстремально холодные области, например, туманность Бумеранг, могут иметь температуру ниже 2 К, приблизительно 1 К (или около −272 °C) — это одна из самых низких измеренных температур вещества во Вселенной, но она относится именно к холодному газу, а не к вакууму.
Почему звезда не «нагревает» космос
Солнечное излучение греет планеты благодаря взаимодействию с их атмосферой или поверхностью. В открытом космосе же, где почти нет вещества, солнечные фотоны проходят сквозь вакуум и не оставляют тепла, если им не с чем взаимодействовать. Именно поэтому пространство вокруг Земли в тени космического аппарата холодно, несмотря на близость к Солнцу.
Пример температур в околоземном космосе
Хотя глубокий космос невероятно холоден по уровню фонового излучения, в непосредственной близости от Земли или вокруг космических объектов температура может значительно варьироваться:
- Международная космическая станция (МКС), находясь на низкой околоземной орбите, испытывает сильные перепады температур:
- на светлой стороне, освещённой Солнцем, внешняя поверхность может нагреваться до порядка +121 °C;
- на теневой стороне — охлаждаться до примерно −157 °C.
Эти эффекты связаны с практическим отсутствием воздуха и теплопроводности, поэтому один и тот же объект в космосе одновременно может быть как очень горячим, так и очень холодным.
Практические последствия
Понимание температуры в космосе имеет прямое значение для:
- конструирования космических аппаратов и скафандров, которые должны выдерживать экстремальные температурные перепады;
- анализа космических тел, чьи поверхности и атмосферы взаимодействуют с солнечным излучением;
- космологических моделей, которые учитывают реликтовое излучение как свидетельство ранней истории Вселенной.
Вывод
Таким образом, утверждение «в космосе очень холодно» требует уточнения:
- физический вакуум сам по себе не имеет температуры в обычном смысле, поскольку почти не содержит материи;
- реликтовое излучение Вселенной задаёт базовый «температурный уровень» около 2,7 К (-270,45 °C), который можно считать характерным для самой пустой части космоса;
- отдельные объекты и регионы могут иметь температуры значительно выше или ниже этих значений, в зависимости от их взаимодействий с излучением и веществом.
Источники:
Статья создана по материалам Space.com
