Как такое может быть? / Фото: Wallpaperstock
Почему в космосе так холодно, в то время как на Солнце невероятно горячо? Казалось бы, это элементарный вопрос из школьной программы, но, если задуматься, оказывается все далеко не так просто. Ученые дали исчерпывающий ответ на космическую загадку.
Смотрите также в сюжете о том, как защитить глаза от Солнца:
Солнце – это ближайшая к нам звезда, которая относится к типу G2V, являющаяся желтым карликом. Несмотря на относительно небольшие размеры по сравнению со многими космическими гигантами, Солнце очень горячо – температура его поверхности составляет 5500 градусов по Цельсию, а ядра – 15,7 миллионов по Кельвину. Между тем, если отдалиться от Солнца достаточно далеко, к примеру до орбиты Нептуна, то температура падает до -270°C. Это буквально на три градуса выше абсолютного нуля. Как такое может быть?
Тепло в космосе распространяется в виде излучения инфракрасной волны энергии, которая мигрирует от более горячих объектов к более холодным. Волны излучения возбуждают молекулы, заставляя их нагреваться – именно так тепло распространяется от Солнца к Земле. Но суть в том, что излучение нагревает только молекулы вещества, которое находится непосредственно на его пути. Все остальное остается холодным. Возьмите Меркурий: согласно NASA, разницы температур планеты составляет более 500 градусов по Цельсию – дневная сторона прогревается до 427°C, тогда как ночная опускается до -193°C.
На Земле ночная температура все еще остается относительно теплой даже при смене сезонов. Это происходит потому, что тепло распространяется по нашей голубой планете через плотную газовую атмосферу тремя способами: проводимостью, конвекцией и излучением. Когда солнечные лучи нагревают молекулы в нашей атмосфере, они передают эту дополнительную энергию соседним молекулам. Этот перенос тепла от молекулы к молекуле называется проводимостью, и это цепная реакция, которая нагревает области за пределами солнечного света на темной стороне.
Космическое пространство является вакуумом. Космический вакуум, конечно, не является совершенным, ведь даже в межзвездном пространстве существует по 5-10 атомов водорода на кубический сантиметр. Тем не менее, молекулы газа в глубоком космосе слишком разреженные и находятся далеко друг от друга, чтобы регулярно сталкиваться и передавать энергию. Таким образом, даже когда Солнце нагревает их инфракрасным излучением, передача тепла посредством проводимости невозможна. Точно так же конвекция – форма теплопередачи, которая происходит в присутствии силы тяжести – она важна для рассеивания тепла по всей Земле, но не происходит в невесомом пространстве.
Защита от горячего Солнца и вселенского холода
Инженер-термист Элизабет Абель проекта DART от NASA, разрабатывает системы терморегуляции для космических аппаратов, созданных для длительных путешествий в космосе. Одним из ее проектов был солнечный зонд Parker, собирающий данные через внешний слой атмосферы звезды, называемый короной. В апреле 2019 года зонд прошел максимально близко к поверхности Солнца – на расстоянии в 15 миллионов километров. Теплозащитный экран, размещенный с одной стороне зонда, позволил реализовать рискованный маневр.
"Тепловой экран был спроектирован так, чтобы никакое солнечное излучение не расплавило космический корабль. В то время, как защита прогревается до 250°C, сам аппарат остается холодным с температурой корпуса -238°C", – объясняет Элизабет Абель.
Огромная разница температур между холодным космосом и кипящим Солнцем создает серьезные проблемы. Отдельным частям космического корабля необходима комфортная температура, чтобы он оставался достаточно холодным для избегания короткого замыкания, в то время как другим нужны нагревательные элементы, чтобы они оставались достаточно теплыми для функционирования.
Подготовка к температурным перепадам в сотни градусов может показаться дикой, но именно так на самом деле обстоят дела в космосе. Истинная странность — это Земля, поддерживающая внутреннюю температуру таким образом, чтобы на ней образовалась и существовала жизнь, в отличие от огромного холодного космоса.
Напомним, что ранее высадку на Луне переделали с полным реализмом. А недавно астрономы зафиксировали "космические роды" во Вселенной.