Космос всегда манил человека своей таинственностью и непредсказуемостью. Но что происходит за пределами Земли, где нет воздуха и условия существования совсем иные? Давайте разберемся, какая температура царит в открытом космосе, как она влияет на космические объекты и что делают ученые для защиты космонавтов.
Понятие температуры и ее измерение
Температура - это мера средней кинетической энергии движения молекул. Чем быстрее двигаются молекулы в теле, тем выше его температура. Самая низкая теоретически возможная температура называется абсолютным нулем и равна -273,15°C. При этой температуре молекулы полностью прекращают свое движение.
Для измерения температуры в космосе используются различные типы датчиков, устанавливаемых на космические аппараты, спутники и станции. Они регистрируют тепловое излучение и позволяют определить температуру окружающего пространства или поверхности космических объектов.
Однако само понятие температуры сложно однозначно применить к безвоздушному вакууму космоса, где практически отсутствует вещество и молекулы. Поэтому ученые говорят о некой условной температуре открытого космоса.
Температура открытого космоса
Цогласно современным научным представлениям, температура межзвездного пространства составляет около -270°С. Это значение вызвано наличием фонового электромагнитного излучения Вселенной.
Однако конкретная температура того или иного космического объекта или области космоса может сильно отличаться и зависит от многих факторов.
Космические объекты нагреваются и охлаждаются посредством теплового излучения. При этом температура может доходить до экстремальных значений — от абсолютного нуля вдали от звезд до миллионов градусов на поверхности звезд.
Например, в солнечной короне температура достигает 1-3 миллионов градусов Цельсия.
В различных конкретных областях и точках космоса зафиксирован огромный разброс температур. Некоторые примеры:
- на Марсе ночью до -140°C
- на теневой стороне МКС около -150°C
- на освещенной Солнцем стороне МКС до +150°C
- в туманности Бумеранг -272°C
Таким образом, температура в космосе может варьироваться от абсолютного нуля до миллионов градусов в зависимости от конкретного места и условий.
Влияние на космические аппараты и планеты
Экстремальные перепады температур создают серьезные сложности для космических аппаратов и являются важным фактором, который необходимо учитывать при их проектировании.
Например, из-за неравномерного освещения Солнцем на Международной космической станции (МКС) наблюдается разница температур более 300 градусов между светлой и теневой сторонами:
| Теневая сторона МКС | -157°C |
| Освещенная Солнцем сторона МКС | +121°C |
Подобная ситуация наблюдается и на других космических объектах, что создает риск перегрева на Солнце и замерзания в тени. Из-за перепадов температур материалы корпусов испытывают термические напряжения и могут разрушаться.
Кроме того, существуют значительные различия температурных условий на разных планетах. Например, если на Марсе температура может опускаться до -140°C, то на Венере из-за парникового эффекта она достигает +400°C.
Защита космонавтов от температурных экстремумов
Для защиты космонавтов от опасного воздействия экстремальных температур космического пространства используются специальные скафандры со сложными системами жизнеобеспечения.
В открытом космосе практически невозможна передача тепла конвекцией или теплопроводностью из-за отсутствия вещества. Поэтому основной механизм теплообмена - это излучение.
Чтобы это учесть, скафандры космонавтов имеют многослойную теплоизоляцию из специальных материалов. Она препятствует как перегреву на Солнце, так и сильному охлаждению в тени.
Кроме того, система жизнеобеспечения скафандра поддерживает комфортную для человека температуру внутри скафандра при помощи автоматического климат-контроля.
Тренировки космонавтов
Перед работой в открытом космосе космонавты проходят специальные тренировки в условиях экстремальных температур.
Например, их помещают в специальные камеры, где температура может меняться от -150°C до +150°C. Так космонавты адаптируются к резким перепадам и учатся работать в скафандрах при различных внешних условиях.
Влияние экстремальных температур на организм человека
Даже несмотря на защиту скафандра, экстремально высокие или низкие температуры открытого космоса представляют серьезную опасность для жизни и здоровья человека.
При соприкосновении с холодным космосом без скафандра наступает мгновенное кипение жидкости в организме и гибель. А в условиях высоких температур возможен тепловой удар.
Даже кратковременное нахождение в экстремальных температурах может привести к обморожениям, ожогам, нарушениям сердечного ритма и другим негативным последствиям для здоровья.
Технологии терморегуляции космических аппаратов
Для защиты бортовых систем и оборудования космических станций и кораблей от перепадов температуры космического пространства разработан целый комплекс технических решений.
Это многослойные теплоизоляционные материалы, радиаторы, электронагреватели, терморегулирующие покрытия и краски и многое другое.
Такие системы позволяют поддерживать нормальный температурный режим и предотвращать выход оборудования из строя при экстремальных температурах космоса.
Перспективы освоения космоса
Экстремальные температуры космоса накладывают определенные ограничения на перспективы освоения человеком ближнего и дальнего космоса.
Например, при отправке экспедиции на Марс придется учитывать перепады температур от +20°C днем до -150°C ночью и создавать надежные системы жизнеобеспечения.
А дальние межзвездные полеты потребуют решения проблем защиты космических кораблей от экстремального холода при температурах близких к абсолютному нулю.
Обитаемые базы на других планетах
Создание постоянных обитаемых баз и поселений человека на других планетах также неразрывно связано с необходимостью надежной защиты от температур космоса.
На Марсе потребуются автономные системы жизнеобеспечения с мощной термоизоляцией и нагревом для выживания людей.
А на спутнике Юпитера Европе под ледяной корой, возможно, есть жидкая вода, но на поверхности температура -170°C. Здесь понадобятся технологии для расплавления льда и согрева подледных поселений.
Исследования космоса
Дальнейшие исследования космоса принесут новую информацию о температурных условиях в малоизученных областях.
Например, телескоп "Джеймс Уэбб" сможет дать данные о температурах в атмосферах экзопланет в других звездных системах.
А исследование далеких галактик и межгалактического пространства поможет лучше понять влияние фонового излучения Вселенной на температуру космоса.
Технологии будущего
Развитие передовых технологий терморегуляции станет важной задачей для подготовки к масштабному освоению человеком космоса в будущем.
В частности, потребуются принципиально новые решения для создания космических кораблей, способных длительное время сохранять комфортные температурные условия для экипажа в глубоком космосе.
