Если бы у людей была возможность путешествовать в космосе, от планеты к планете, то насколько тщательно необходимо было бы все продумывать. Вплоть до еды, температуры и личной гигиены. Голливуд изобилует фильмами, посвященные космической теме, в которых люди в открытом космосе окончательно теряли шансы на жизнь. Каждый видел картину, когда окоченевший скафандр уносится вдоль орбиты. Почему в космосе холодно? Ведь на орбите земли находится множество космонавтов, которые выходили в открытый космос, и они оставались целыми и невредимыми.
Холодно ли в космосе?
Допустим, что мы находимся максимально далеко от небесных светил, которые своей энергией и температурой способны воздействовать на материальное тело. Также изолируемся от планет и их спутников, которые способны повлиять на температуру своим ядром. При соблюдении этих моментов температура будет равна -274 градусов по Цельсию. Эта температура называется абсолютным нулем, то есть ниже нее температура быть в природе не может. Почему в космосе холодно? - потому что это единственное место, где температура опускается до абсолютного нуля.
В повседневных реалиях температура не может иметь значения ниже нуля. Исключение составляет только самые отдаленные участки вселенной. На орбите земли, с учетом всех факторов, температура составляет примерно - 4 градуса по Цельсию.
Что происходит при абсолютном нуле
Абсолютный нуль - это нуль температуры по шкале Кельвина. При стандартных условиях такая температура невозможна. Самая холодная температура в космосе -274 (по Цельсию) или 0 (по Кельвину). Так почему же температура не способна перевалить за данную границу?
По третьему началу термодинамики, которую согласовал Нернст, при стремлении температуры к ее абсолютному нулю, к ней стремится энтропия системы (или тела), теплоемкость и коэффициент температурного расширения. Если значение температуры достигло абсолютного нуля, то останавливается процесс хаотичного движения атомов и молекул. С точки зрения термодинамики тело распадается на молекулы. А с точки зрения квантовой физики в теле продолжают происходить нулевые колебания. Именно эти суждения помогают ответить на вопрос: "Почему в космосе холодно?".
Физики из Йельского университета провели опыт на монофториде стронция (SrF). В магнитное поле поместили молекулу, которая постоянно теряла свою энергию и в конечном итоге, при максимально возможном приближении к абсолютному нулю молекула распалась на атомы.
Благодаря исследованиям близких к абсолютному нулю температур, был получен эффект сверхпроводимости, который широко используется в промышленности и науке.
Перенося ситуацию в космическое пространство, можно сказать что достижение абсолютного нуля затрудняется излучением со стороны звезд.
Виды теплопередачи
В школьном курсе физики рассматривается раздел термодинамики, в котором уделяют внимание на виды теплопередач. Этот раздел из физики поможет ответить на вопрос "почему в космосе холоднее, чем на земле".
Выделяют три вида теплопередачи в природе:
- Теплопроводность. Это переход энергии от более нагретого тела или участка тела к менее нагретому. Стоит отметить, что невозможен переход энергии от более холодному к менее холодному (по принципу второго начала термодинамики). Пример: нагревание металлического тела.
- Конвекция. Энергия передается потоками (струями). Пример: теплопередача в комнате между холодным и теплым воздухом.
- Излучение. Энергия передается с помощью электромагнитных волн. Пример: солнечное тепло.
Так как космос является вакуумом (плотность молекул в космосе пренебрежимо мало - 10^-31 г/см^3), следует полагать что единственный возможный вариант теплопередачи - излучение. Земля не является вакуумом, она имеет атмосферу (молекулы на поверхности планеты), которая позволяет производить сразу три вида теплопередачи.
Зависимость температуры от положения тела
Излучение в космосе исходит от нагретых тел, в нашей галактике - это Солнце. Солнце отправляет со своей поверхности электромагнитные волны, которые имеют прямую траекторию движения. Следовательно, тело получает энергию, если Солнце находится в зоне видимости.
Если на объект попадают электромагнитные волны, то тело поглощает тепловую энергию. Но обмен с окружающей средой осуществляться не будет, так как тело окружает вакуум, который практически не имеет молекул.
Если объект находится, например, за темной стороной планеты, куда электромагнитные волны не могут попасть, то тело действительно будет охлаждаться, стремясь к абсолютному нулю.
Поэтому на поверхность космических станций и скафандров наносят термостойкое покрытие.
Как реагирует наш организм в открытом космосе
В скафандрах предусмотрены система охлаждения и нагрева для разных внештатных случаев. Поэтому с человеком, который находится в исправном скафандре, ничего опасного не случится.
Реальный случай произошел в 1966 году когда скафандр подвергся декомпрессии, и астронавт на 30 минут потерял сознание. Описывая свои ощущения, он сказал, что слюна в его рту буквально начала кипеть. Это связано с тем, что уменьшилось давление, и, следовательно, уменьшилась температура кипения. Но кровь не подверглась кипению, так как была защищена сосудами.
