本文參加百家號 #科學了不起# 天文航天系列徵文賽。
去神秘的外太空旅行似乎是個不可思議的想法,即使其中大部分什麼也沒有。但是,如果你有機會參觀太空,那麼你會帶上些什麼?地球上最冷的城市是俄羅斯的雅庫茨克,全年平均溫度約為-50C(-58F)。這可能看起來很極端,但是外太空可能會更冷一些,所以不要丟掉秋衣秋褲…
圖解 :一個常見的攝氏度溫度計,顯示冬季白天溫度為-17°C。
當然,假設你不打算在沒有太空服的情況下離開太空船,就沒必要當心溫度,因為太空船的溫度將受到熱控制。沒有溫度控制,事情就會變得有些瘋狂。
例如,國際空間站的向陽一側會達到大約121攝氏度(250華氏度)的高溫,而背陰面溫度驟降至-157攝氏度(-250華氏度)。生活在地球上的我們得感謝上帝的空調,對不對?但是,在我們回答問題之前,先了解一些知識點……
首先要說明的是空間沒有溫度。
溫度,基本上是衡量人體是否發冷的主要指標。熱量,則是體內分子的總動能。本質上,溫度是身體的平均熱量。但是,在太空真空中,物質密度可以低至每立方米1個原子(地球大氣層的密度為每立方米10^21個原子),那裡的粒子很少,因此測量真空溫度幾乎毫無意義。儘管如此,我們還是會問:外太空是多少度?
最低溫度是多少度呢?
圖解 : 不同溫度的黑體輻射頻譜。隨著溫度下降,頻譜峰值波長增加
宇宙中最冷的溫度在科幻中的名字叫「絕對零度」。絕對零的值為–273.15 C(–459.67 F)或簡單地為0開爾文。物質在物理上不可能達到該溫度,因為在絕對零下,分子中的所有動能都不再存在,並且無法從中提取更多的熱量。
圖解:絕對零度是熱力學的最低溫度,是粒子動能低到量子力學最低點時物質的溫度。絕對零度是僅存於理論的下限值,其熱力學溫標寫成K,等於攝氏溫標零下273.15度(即273.15℃)。
從理論上講,不可能達到這個溫度,因為在絕對零值時,進入量子力學領域,由於涉及複雜的海森堡原則,決定不做贅述。
外太空的溫度是多少度呢?
假設我們將非常精確的溫度計帶入太空。太陽周圍有氣體,超聲速等離子體帶電粒子流(稱為「太陽風」)飛來飛去,但是這些粒子相距太遠,只有極少數的粒子會撞到溫度計上。即使它們確實如此,它們也會非常冷,並且它們之間的真空也不會被發現,沒有任何重子物質。慢慢地,您的溫度計將開始散發熱量。它記錄的溫度將繼續降低,直到達到2.73 K(-270.42 C,-454.75 F)的溫度,即宇宙微波背景輻射的溫度。
宇宙微波背景輻射是宇宙學中「大爆炸」遺留下來的熱輻射。直至今日,產生時間和空間的事件所產生的光子至今仍在宇宙中瀰漫,造成輕微的無線電幹擾並,同時為像我們這樣好奇的「科學家」加熱太空溫度計。在太空中,可能會比地球上的實驗室達到更低的溫度,但是這種無處不在的輻射帶來了宇宙普遍的平均溫度。總而言之,我們可以說空間的平均溫度為2.73K。所以我們要感謝宇宙大爆炸,在138億年後繼續溫暖我們的心臟(和溫度計)。
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學名詞
3.sciabc-聞所未聞
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