Температура в космосе

23 ноября 2021

Даже сегодня, в эпоху развитой науки и технологий, космос и Вселенная остаются одними из наименее изученных и исследованных пространств и понятий.

На многие вопросы, человек не может дать ответы в силу ограниченных данных о космосе. По одному из таких вопросов ведутся жаркие дискуссии и споры – о численном значении температуры в открытом космосе.

Физика не владеет такой величиной, как «холод». Это условное понятие можно охарактеризовать отсутствием, недостатком тепла и света, а также состоянием с более низкой температурой в сравнении с более высокой.

Чем меньше атомы взаимодействуют между собой, тем ниже температура объекта, состоящего из них, и меньше степень его нагревания.

Понятия «тепло» и «холод» – это субъективные ощущения каждого из нас. В сравнении с собственным восприятием каждый человек все, что находится рядом, будет идентифицировать как холодное или горячее.

Космос характеризуется наличием незначительной массы материи, то есть говорить о том, сколько составляет значение температуры в этом пространстве (аналог измерения показателей воздуха на Земле), не принято. Однако тела и объекты, которые пребывают здесь, отличаются своим определенным количеством тепла. На его величину оказывают влияние множество факторов и параметров.

Строение атмосферы Земли

Говоря о температуре на орбите земли, отметим, что ее окружает атмосфера, состоящая из нескольких отличных по составу слоев:

  1. Нижний слой – тропосфера (примерно до 10 км над Землей), в которой t постепенно снижается — примерно на 0,65º каждые 100 м.
  2. Следующий слой – промежуточный, в котором t остается примерно на одном уровне, перестает снижаться.
  3. Стратосфера располагается на расстоянии 11-50 км от земной поверхности. На расстоянии 11-25 от Земли км воздух остывает до –56,5ºС, а затем, за пределами 25 км, начинает нагреваться, и достигает примерно 0ºС. В слое от 40 до 55 км температурный режим не меняется – этакий промежуточный слой.
  4. В мезосфере, простирающейся от 50 до 80-90 км от Земли, t начинает понижаться – на 0,25-0,5º на 100 м.
  5. Примерно на линии 100 км от Земли находится Линия Кармана, условно ее принято считать переходом от атмосферы к космосу. Температура – примерно –90ºС.
  6. Термосфера простирается до 800 км над Землей. До высоты в 200-300 км температура в открытом космосе по Цельсию растет и достигает 1230º.
  7. Далее простирается экзосфера, характеризующаяся сильной разреженностью газа – так называемая сфера рассеяния.

Единица измерения температуры

Системной единицей измерения температуры является Кельвин (сокращено К), в которой за точку отчета берется абсолютный нуль — состояние вещества с нулевой кинетической энергией частиц. В быту чаще всего используются градусы Цельсия (сокращено °С), для которых точка отчета соответствует точке замерзания воды. Один градус Цельсия равен Кельвину, и соответствует 1/100 части температурной разницы между точкой замерзания и точкой кипения воды. Абсолютный нуль равен −273,15 градусов Цельсия.

С точки зрения квантовой физики и при абсолютном нуле температуры существуют нулевые колебания, которые обусловлены квантовыми свойствами частиц и их окружающего физического вакуума.

Какая температура в космосе?

Отвечая на вопрос: «Какая температура в космосе», нужно отметить, что на все тела, находящиеся в космосе, действует не только смертельный для человека холод, но и губительная жара. Простейший пример тому – космический корабль. На его солнечной стороне – жарко, на теневой – холодно. И чем ближе или дальше звездолет от небесного светила, тем больше разница температур.

Положение Солнца влияет и на климат Земли. Планета вращается вокруг Солнца, и наклон земной оси изменяется по отношению к плоскости эклиптики, поэтому происходит и смена времен года: зиму сменяет лето и наоборот. Однако на экваторе никогда не бывает зимы.

Дело в том, что земля вращается в наклонном положении относительно Солнца (23°27′) и по-разному разворачивается к нему: то северным, то южным полушарием. Соответственно, лучи Солнца падают отвесно или под углом — в зависимости от этого земная поверхность нагревается больше или меньше.

Какая температура в открытом космосе?

А какая температура в космосе (по Цельсию) за границами атмосферы Земли? Там, где космический вакуум?

Чтобы понять суть происходящих процессов – повышения или понижения температуры в отдельных точках космоса, следует обратиться к вопросу о строении. Любая материя – это скопление элементарных частиц (электронов, фотонов протонов, прочих), которые в определенных комбинациях образуют атомы и молекулы. Все микрочастицы находятся в постоянном движении. И, если сказать просто, тепло – это энергия, выделяемая при движении. Чем интенсивнее движение микрочастиц, тем выше температура тела, состоящего из них.

А космический вакуум – это, конечно, пустое пространство, но все-таки кое-какие частицы там все же передвигаются (к примеру, фотоны, несущие свет). Безусловно, плотность микрочастиц в вакууме неизмеримо ниже, чем на Земле, но движение все-таки есть. Кроме того, что космические тела испускают фотоны, несущие тепло, в космосе присутствует реликтовое излучение (образованное на ранних этапах существования Вселенной). На то, какая температура в открытом космосе, влияют планеты и их спутники, метеориты и кометы, астероиды и туманности, космическая пыль и мусор. Все эти факторы вносят свои коррективы в общую обстановку.

Вследствие чего, температура в космосе по факту не равна абсолютному нулю – предельно низкой температуре (–273º по Цельсию, 0º по Кельвину), а в среднем на 2,7º выше. Поэтому на вопрос – сколько градусов в космосе – ответ таков: по Цельсию – минус 270,425º, по Кельвину – плюс 2,725º, по Фаренгейту – минус 454,8º.

Самая низкая температура в космосе зафиксирована учеными в туманности, названной «Бумеранг». Ее обнаружил в 1998 телескоп Хаббл. Наблюдать эту туманность удается в созвездии Центавра. Туманность образовалась в результате уникального явления – звездного ветра. Это значит, что поток материи таким ветром был очень быстро вынесен с центральной звезды во Вселенную, где под влиянием резкого расширения охладился. Ученые смогли просчитать – сколько градусов в космосе по Цельсию в районе туманности Бумеранг, оказалось – минус 272º. Это зафиксированный факт – самое холодное место в космосе.

Так как Вселенная не отличается однородностью, то температурные показатели в разных ее точках несколько отличаются. В большей части пространства температура космоса по Цельсию колеблется в пределах минус 270,45º, а в облаках пыли и газа – на 10-20 градусов выше – из-за повышенной концентрации материи. А вот вблизи звезд и планет тепла намного больше.

Температура в космосе на орбите Земли

А какая температура в космосе за бортом МКС на орбите Земли? Ведь и сама станция, и космонавты, выходящие в открытый космос, находятся на околоземной орбите и подвергаются или жуткому холоду, стремящемуся к нулю, или попадают под прямые солнечные лучи. Первый человек, вышедший в космос – советский космонавт Алексей Леонов, имел возможность первым убедиться в этом на собственном опыте. Поверхность скафандра, попадающая под солнечные лучи, разогревалась до плюс 150ºС, а на теневой стороне остывала до минус 140ºС. Такая вот температура в космосе около МКС.

Высота орбиты МКС – порядка 400 км. На корпусе космического аппарата располагаются разные устройства и приборы, приспособленные к работе в условиях открытого космоса. Кроме температуры извне на них действуют и другие источники тепла — например, поток лучей от солнечных батарей, от корпуса самой станции. Кроме того, сам аппарат выделяет при работе тепловую энергию разного назначения и класса. Даже космонавт, находящийся на борту, излучает тепловую энергию. А так как космическое пространство одновременно может проявлять и холод, и жару, то специалисты, отвечающие за терморегуляцию МКС, вынуждены учитывать огромное количество влияющих факторов, причем с противоположными задачами – оградить станцию от перегрева от солнечных лучей и переохлаждения от космического холода.

Температура любого объекта в различных точках

Температура любого объекта в открытом космосе формируется на основе баланса притока энергии тепла на него (например, Солнца) и ее оттока из него за счет излучения.

При освещении Солнцем молекулы ускоряют движение, при нахождении вещества в тени их скорость снижается. Поэтому однозначно ответить нельзя, какой будет эта величина, так как необходимы замеры в каждом отдельном случае.

Температура на МКС

Земля движется вокруг Солнца по определенному маршруту – орбите, расстояние между планетами составляет 149,6 млн. км.

Международная космическая станция (МКС) на высоте свыше 415 км совершает вокруг Земли один оборот за 90 минут. Практически половину этого времени, следуя по орбите, пилотируемая платформа находится в тени Земли.

Согласно полученным данным, температура в космосе на неизолированных металлах МКС без нанесенного защитного покрытия, при нагревании Солнцем может составлять около + 260 градусов Цельсия.

Минимальное значение показателя за бортом МКС может достигаться в зависимости от того, в какой точке своей траектории полета она находится. В затемненных участках значение равняется минус 100 градусам.

Защита от перепадов температуры в космосе

Защищая космические аппараты от жутких перепадов температур, ученые и конструкторы используют различные способы. Чаще всего «укутывают» объект, как в одеяло, в многослойную экранно-вакуумную изоляцию ЭВТИ, которую называют «золотой фольгой». А по факту это – специальная высококачественная полимерная пленка.

Некоторые части поверхностей космических аппаратов специально оставляют открытыми – чтобы они могли поглощать солнечные лучи, или наоборот – выводили в пространство тепло, вырабатываемое изнутри. Тогда эти части покрывают или черной эмалью (для поглощения лучей), или белой эмалью (для отражения лучей).

В некоторых случаях требуется, чтобы солнечные лучи не могли прогревать какую-то поверхность совсем (обсерватории), тогда эти участки скрывают радиационным экраном.

В космических аппаратах, учитывая все нюансы, предотвращающие перегрев и переохлаждение, создают специальную полномасштабную систему СОТР. Она содержит нагреватели и холодильники. Обязательно включает тепловоды и радиаторы. Также тут присутствуют специальные датчики и множество другой аппаратуры. Ведь тепловой режим может оказаться одним из самых важных факторов системы выживания. Так, недостаточно защищенный «Луноход-2» в свое время был безвозвратно испорчен оказавшейся на его крыше горстью черного реголита, из-за которого переставшая отражать солнечные лучи теплоизоляция привела аппарат к перегреву и, как итог – к выходу из строя.

Температура на планетах Солнечной системы

Температура в космосе на орбите возле планет Солнечной системы в большей степени зависит от удаления от Солнца и наличия (или отсутствия) атмосферы. Ясно, что чем ближе светило, тем температурная отметка выше. А если имеется атмосфера – она в состоянии удержать часть поступающего тепла – подобно парнику. Так на Венере, больше удаленной от Солнца, чем Меркурий, климат все-таки жарче – благодаря имеющейся атмосфере температура на ее поверхности в среднем — 477ºС, в то время, как на Меркурии — 349,9 °C днем и минус 170,2 °C ночью. На Марсе температурный режим варьируется от 35ºС до минус 143 ºС. На Юпитере еще холоднее – до минус 153 °C. Но на Уране, имеющем атмосферный слой, это не имеет большого значения – уж очень большое расстояние до согревающей звезды, и на поверхности – всего минус 224°C. А на Плутоне всего на 23 градуса выше, чем абсолютный нуль – минус 240°C.

Температурный минимум и максимум космоса

Минус 270,45 градусов – именно такую цифру называет большинство ведущих специалистов, исследующих космическое пространство. Самым высоким пределом считается величина показателя в ядрах звездных тел, которая может достигать миллионов и миллиардов кельвин.

Самое холодное место Вселенной

Туманность Бумеранг, которая находится в созвездии Центавра, в 2003 году была названа самым холодным местом Вселенной. Быстродвижущийся поток газа, из которого состоит этот астрономический объект, имеет температуру 1 К или минус 272 градуса Цельсия, что даже ниже показателя реликтового излучения.

Если говорить коротко, то «абсолютный ноль» — это самая низкая температура, которая возможна во Вселенной, холоднее уже некуда. В Цельсиях этот показатель равен -273,15 °. При такой температуре атомы, которые являются мельчайшими частицами всех химических элементов, полностью перестают двигаться. В открытом космосе молекулы есть, но их очень мало, так что они практически не взаимодействуют друг с другом. Движения нет, а это явный признак «абсолютного нуля».

 

 

Источники:

  • https://replyon.net/199-temperatura-v-kosmose.html
  • https://lfly.ru/kakaya-temperatura-v-kosmose.html
  • https://primpogoda.ru/articles/prosto_o_pogode/kakaya_temperatura_v_kosmose
  • https://spacegid.com/temperatura-vo-vselennoy.html
  • https://www.techcult.ru/space/2335-kakaya-temperatura-v-kosmose
Оцените статью:
[Всего голосов: 0    Средний: 0/5]