地球是一個適合生命生存的星球,其宜居性主要來源於溫度。我們每天都要接收來自太陽的輻射能量,也會向外太空輻射出多餘的熱量,正是這種能量平衡,使地球的平均溫度處於一個非常舒適的溫度。
宇宙中有無數個像太陽這樣的恆星,它們依靠核聚變釋放出能量,為整個宇宙加溫。在這些恆星的內部,溫度可以達到1500萬開爾文,其表面溫度也有5800開爾文。但是,儘管有那麼多恆星在輻射熱量,整個宇宙卻是非常寒冷的,它的溫度可以低達2.7開爾文。為什麼太空會如此寒冷呢?
在物理學中,溫度其實是分子的平均動能。分子無規則運動的速度越快,在一定時間內撞擊我們的次數也就越多,傳遞的能量也就越大,此時我們就會感覺到溫度越高。同時,增加分子數也能提高溫度,因為撞擊我們的分子個數變多了。
在宇宙空間中,存在著許多氣體和塵埃。太陽光線只加熱其路徑上的氣體或塵埃,另一部分未受恆星熱輻射的物質會變得非常寒冷。即使是離太陽最近的水星,在它未接受陽光照射的那一面,它的溫度也會達到零下178攝氏度。在太陽系中,科學家測量到的最低溫度在月亮的隕石坑中,那裡照射不到陽光,溫度達到了零下240攝氏度。
如果我們走出太陽系,往更深的宇宙空間中去,我們會發現那裡更寒冷了。在那些地方,氣體和塵埃粒子之間的距離大大增加了,限制了傳遞熱量的能力,它們之間只能以熱輻射的傳遞熱量。越深入星際空間,粒子越來越稀疏,此時用分子平均動能來表示溫度已經沒有意義了。我們只能測量宇宙之間的熱輻射來確定它的溫度,而宇宙背景輻射就是重要來源。
宇宙背景輻射是宇宙大爆炸留下的遺蹟。在早期,宇宙的能量是非常高的,這時候宇宙呈現出不透明的樣子,因為光會和電離出的電子相互作用,無法向外傳播。等溫度降下去之後,電子被束縛到原子之中,這時候這些光才得以傳播。
不過,由於宇宙空間的膨脹,這些光發生了紅移,波長都被拉長了,光子的能量也降低了。科學家根據衛星測得的宇宙微波背景數據,算出它們的溫度處於2.7開爾文,基本上接近於絕對零度。
因此,太空人的太空衣除了防輻射和加壓功能之外,它還有一個很重要的功能,那就是保溫。如果沒有這層防護,那麼太空人在空間中很容易就會失溫。