Temperatura u prostoru za Celsius. Kakva je temperatura u svemiru?
Koja je temperatura u prostoru izvan Zemljine atmosfere? A u međuzvjezdanom prostoru? A ako odemo izvan naše galaksije, hoće li tamo biti hladnije nego u Sunčevom sustavu? A je li uopće moguće govoriti o temperaturi u odnosu na vakuum? Pokušajmo shvatiti.
Što je toplo
Prvo morate razumjeti što je, u principu, temperatura, kako se stvara toplina i zašto je hladno. Za odgovor na ova pitanja potrebno je razmotriti strukturu materije na mikro razini. Sve tvari u Svemiru sastoje se od elementarnih čestica - elektrona, protona, fotona i tako dalje. Iz njihove kombinacije nastaju atomi i molekule.
Mikročestice nisu fiksni objekti. Atomi i molekule se stalno mijenjaju. A elementarne čestice uopće se kreću pri brzinama blizu svjetlosti. Kakva je veza s temperaturom? Izravno: energija kretanja mikročestica je toplina. Što više molekula oscilira u komadu metala, na primjer, to će biti toplije.
Što je hladno
Ali ako je toplina energija kretanja mikročestica, kakva će biti temperatura u prostoru, u vakuumu? Naravno, međuzvjezdani prostor nije posve prazan - kroz njega putuju fotoni koji nose svjetlo. Ali gustoća materije je mnogo niža nego na Zemlji.
Što se manji atomi sudaraju jedan s drugim, to je slabija zagrijana tvar koja se sastoji od njih. Ako se plin pod visokim tlakom ispusti u razrijeđeni prostor, njegova će temperatura oštro pasti. Ovaj princip temelji se na radu poznatog hladnjaka kompresora. Dakle, temperatura u otvorenom prostoru, gdje su čestice vrlo udaljene jedna od druge i nemaju sposobnost sudara, treba težiti apsolutnoj nuli. No je li to u praksi?
Kako je prijenos topline
Kada se tvar zagrije, njezini atomi emitiraju fotone. Ovaj fenomen je svima dobro poznat - metalne kose s žarnom niti u žarulji svjetlucaju. U ovom slučaju, fotoni prenose toplinu. Tako energija ide od vrućeg do hladnog.
Vanjski prostor ne prožimaju samo fotoni koji emitiraju bezbrojne zvijezde i galaksije. Svemir je također ispunjen takozvanim reliktnim zračenjem, koje je nastalo u ranim fazama svoga postojanja. Upravo zbog te pojave temperatura u prostoru ne može pasti na apsolutnu nulu. Čak i daleko od zvijezda i galaksija, materija će primiti toplinu raspršenu u svemiru iz pozadinskog zračenja.
Što je apsolutna nula
Nijedna tvar se ne može ohladiti ispod određene temperature. Uostalom, hlađenje je gubitak energije. Prema zakoni termodinamike u određenoj točki entropija sustava doseže nulu. U ovom stanju, tvar više ne može izgubiti energiju. To će biti najniža moguća temperatura.
Apsolutna nula - To je minus 273,15 ° C ili nula na Kelvinovoj skali. Teoretski, ova se temperatura može dobiti u zatvorenim sustavima. Ali u praksi, nigdje u Svemiru nije moguće stvoriti prostor prostora na kojem ne bi djelovale vanjske sile.
Kakva je temperatura u prostoru
Naš svemir nije homogen. Jezgre zvijezda grije se na milijune stupnjeva. No, većina prostora, naravno, mnogo je hladnija. Ako govorimo o tome kakva je temperatura na otvorenom prostoru, onda je to samo 2,7 stupnja iznad apsolutne nule i je minus 270,45 Celzija.
Ta toplina nastaje zbog već spomenutog reliktnog zračenja. Ali Svemir se širi, što znači da će se njegova temperatura postupno smanjivati. Teoretski, nakon trilijuna godina, tvar u njoj može se ohladiti na najnižu moguću razinu. No pitanje je hoće li ekspanzija Svemira završiti s "toplinskom smrću", ili će postati heterogenija i strukturiranija zbog djelovanja sile gravitacije, ostaje pitanje rasprave.
U mjestima nakupljanja materije je toplije, ali ne mnogo. Oblaci plina i prašine pronađeni između zvijezda naše galaksije imaju temperaturu od 10 do 20 stupnjeva iznad apsolutne nule, odnosno minus 263-253 ° C. I samo u blizini zvijezda, unutar kojih se odvijaju reakcije nuklearne fuzije, može se naći dovoljno topline za udobno postojanje životnih oblika proteina.
Niska temperatura Zemljine orbite
A kakva je temperatura blizu našeg planeta? Je li vrijedno da kozmonauti odlaze na ISS da se opskrbljuju toplim stvarima? U blizini Zemljine orbite, metal pod izravnim sunčevim svjetlom zagrijava se do 160 stupnjeva Celzija. U isto vrijeme, u hladu objekti će se ohladiti na minus 100 ° C. Stoga, za svemirske šetnje, svemirska odijela s pouzdanom toplinskom izolacijom, grijačima i sustav hlađenja štiti osobu od tako ozbiljne temperaturne razlike.
Ništa manje ekstremni uvjeti na površini Mjeseca. Na osvijetljenoj je strani toplija nego u Sahari. Temperatura može preći 120 ° C. Ali na tamnoj strani padne na oko 170 ° C. Tijekom slijetanja na Mjesec, Amerikanci su koristili svemirska odijela u kojima je bilo 17 slojeva zaštitnih materijala. Termoregulacija je osigurana posebnim sustavom cijevi u kojima je cirkulirala voda.
Temperature na drugim planetima u Sunčevom sustavu
Na klimu uvelike utječe prisutnost ili odsutnost atmosfere. To je drugi najvažniji čimbenik nakon udaljenosti od Sunca. Jasno je da kako se udaljenost od zvijezde pomiče, temperatura u prostoru se smanjuje. No, prisutnost atmosfere omogućuje vam da zadržite dio topline učinak staklenika.
Najživopisnija ilustracija ove pojave je Venerina klima. Temperatura na njezinoj površini doseže 477 ° C. Zahvaljujući atmosferi, Venera je toplija od Merkura, koji je bliže Suncu.
Prosječna površinska temperatura žive je tijekom dana 349,9 ° C, a noću 170,2 ° C.
Mars može zagrijati do 35 stupnjeva Celzija ljeti na ekvatoru i zimi se ohladiti na -143 ° C u području polarnih kape.
Na Jupiteru temperatura doseže -153 ° C.
Ali što je dalje od Sunca, to je hladnije. Uran čak i ne spašava atmosferski sloj. Iako zadržava toplinu, ne dopušta mu da odmah ode u svemir, ali temperatura još uvijek pada na minus 224 ° C.
Ali najhladnija stvar na Plutonu. Temperatura njegove površine je minus 240 ° C. To je samo 33 stupnja iznad apsolutne nule.
Najhladnije mjesto u prostoru
Iznad je rečeno da se međuzvjezdani prostor zagrijava relikvijem, pa temperatura u Celzijusima ne pada ispod minus 270 stupnjeva. No, ispostavilo se da možda postoje hladnija područja.
Godine 1998. teleskop Hubble otkrio je oblak plina i prašine koji se brzo širi. Maglica, nazvana bumerang, nastala je fenomenom poznatim kao zvjezdani vjetar. Ovo je vrlo zanimljiv proces. Njegova suština je u tome što se struja materije "izduva" iz središnje zvijezde velikom brzinom, a kad uđe u razrijeđeni prostor, ona se hladi zbog oštrog širenja.
Znanstvenici procjenjuju da je temperatura u maglici Bumerang samo jedan stupanj na Kelvinovoj skali, ili minus 272 ° C. To je najniža temperatura u prostoru koju su astronomi u ovom trenutku uspjeli popraviti. Maglica Bumerang nalazi se na udaljenosti od 5 tisuća svjetlosnih godina sa zemlje. Možete ga gledati u zviježđu Kentaur.
Najniža temperatura na zemlji
Tako smo otkrili kakva je temperatura u prostoru i što je najhladnije mjesto. Sada ostaje da saznamo koje su najniže temperature dobivene na Zemlji. I to se dogodilo tijekom nedavnih znanstvenih eksperimenata.
Godine 2000. istraživači s Tehničkog sveučilišta u Helsinkiju ohladili su dio metala rodija do gotovo apsolutne nule. Tijekom eksperimenta dobivena je temperatura od 1 x 10 -10 Kelvina. To je samo 0,000,000,000 1 stupanj iznad donje granice.
Svrha istraživanja bila je ne samo dobivanje ultra-niskih temperatura. Glavni je zadatak bio proučavanje magnetizma jezgre atoma rodija. Ova je studija bila vrlo uspješna i donijela je niz zanimljivih rezultata. Eksperiment je pomogao razumjeti kako magnetizam utječe na supravodljive elektrone.
Postizanje rekordno niskih temperatura sastoji se od nekoliko uzastopnih stupnjeva hlađenja. Prvo, pomoću kriostata, metal se hladi na temperaturu od 3 x 10 -3 Kelvina. U sljedeća dva stupnja koristi se metoda adijabatskog nuklearnog demagnetiziranja. Rodij se najprije ohladi na temperaturu od 5 x 10-5 Kelvina, a zatim dosegne rekordno nisku temperaturu.