Температура в космосе, там горячо или холодно, как космонавты выдерживают экстремальные условия

Мы все знаем, что в космосе жутко холодно. А в некоторых его местах особенно. Но какова самая низкая возможная температура Вселенной?

В повседневной жизни мы, жители России и прилегающих районов, имеем дело с температурами, измеряемыми в градусах Цельсия. В отличие от США, Белиза, Багамских и Каймановых островов, которые до сих пор официально используют довольно странную шкалу Фаренгейта. Однако весь остальной мир, вероятно глядя на нас, измеряет температуру в градусах Цельсия.

У нас, людей, есть довольно хорошее представление о том, когда холодно, а когда нет. Всем нам понятно, что когда температура становится отрицательной, то это холодно. И нам даже приходится тепло одеваться, чтобы выйти на улицу. Однако есть ли предел отрицательной температуре? Может ли какое-нибудь тело остыть до… минус миллиона градусов? Давайте разберёмся.

Теоретически ноль, а практически…

Космос лишь теоретически является вакуумом, ведь Вселенная согласно общепринятой научной (космологической) модели возникла в результате Большого взрыва, что обусловило реликтовое (космическое электромагнитное) излучение. Его спектр отвечает абсолютно черному телу, имеющему температуру по Кельвину – 2,725 (по Фаренгейту — минус 454,8°, по Цельсию – минус 270,425°).

Электромагнитное излучение в космосе – это дождь фотонов (безмассовых элементарных частиц), присутствующих в терагерцевом, инфракрасном, ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма-излучении, а также в радиоволнах.

В наибольшей степени свойствами абсолютно черного тела обладает Солнце, его наружные слои имеют температуру около 6200 К, то есть температура в космосе может разниться.

Определенная роль в «температурном режиме» космоса принадлежит также планетам и их спутникам, астероидам, метеоритам и кометам, космической пыли и молекулам газов. Поэтому во Вселенной могут быть температурные отклонения. К примеру, в туманности Бумеранг (созвездие Центавра) благодаря телескопу «Хаббл» — автоматической обсерватории на орбите Земли была зафиксирована самая низкая космическая температура – 1 К (минус 272 градуса по шкале Цельсия). Ее причиной является «звездный ветер» (поток материи), идущий от центральной звезды.

О наличии космической пыли свидетельствует ночное свечение, обнаруженное астрономами в плоскости зодиакальных созвездий. Свечение, как установили ученые, — это свет, отражаемый от частиц космической пыли.

Материальными являются и космические лучи. В основном их структура состоит из стремительных ядер водородных и гелиевых атомов, а также более тяжелых ядер, к примеру, железа и никеля.

Ответ:

Таким образом, сколько градусов в космосе? Теоретически — 0° по шкале Кельвина или минус 273,15°С. На самом же деле, учитывая реликтовое излучение — 2,725 К (минус 270,425°С). Но это, если не брать во внимание тепло, излучаемое звездами и планетами.

Измерение величины и абсолютный нуль

Для фиксации температуры используются специальные приборы – термометры, имеющие шкалу с делениями. Единицы измерения – градусы Цельсия, также известна система Габриеля Даниэля Фаренгейта.

Агрегатное состояние вещества (твердое, жидкое или газообразное) и его свойства зависят от температуры. Каждое из них характеризуется взаимодействием частиц в нем. Ранее учеными была выдвинута теория, согласно которой существует некий предел показателя. При его достижении все тепловые перемещения в веществе должны остановиться.

Это значение называется абсолютным нулем и согласно термодинамической шкале Кельвина обозначается, как 0 К. Цена деления такой системы измерения определяется в градусах Цельсия, то есть 0 К = — 273,15 градуса Цельсия (-459,67 по Фаренгейту).

Ниже этой цифры опуститься невозможно!

Экстремальные условия космоса

Итак, по словам ученых, в открытом космосе температура равна -273,15 градусам Цельсия. Но это совершенно не значит, что все попадающие в космос объекты мгновенно обретают ту же температуру. Как и на поверхности нашей планеты, космические корабли, спутники и другие объекты могут нагреваться и охлаждаться, причем до экстремальных уровней. Но передача тепла в космосе возможна только одним способом.

Вообще, существует три способа передачи тепла:

• проводимость, которую можно наблюдать при нагревании металлического стержня — если нагреть один конец, со временем горячей станет и противоположная часть;
• конвекция, которую можно наблюдать, когда теплый воздух перемещается из одной комнаты в другую;
• излучение, когда испускаемые космическими объектами элементарные частицы вроде фотонов (частиц света), электронов и протонов объединяются, образуя движущиеся частицы.

Как вы уже догадались, в космосе объекты нагреваются под воздействием активности элементарных частиц — ведь мы уже выяснили, что температура является результатом движений молекул? Фотоны и другие элементарные частицы могут излучаться Солнцем и другими космическими объектами.

Насколько сильно и быстро будут нагреваться или охлаждаться попавшие в космос объекты, напрямую зависит от их местоположения относительно звезд и планет, размеров, формы и так далее. Например, летящий в космосе космический корабль будет буквально раскален со стороны Солнца, а его теневая сторона будет очень холодной. Чем дальше корабль находится от небесного светила — тем сильнее будет разница в степени нагрева.

При строительстве космических кораблей важно учитывать экстремальные изменения температур.

Международная космическая станция постоянно находится под воздействием солнечного света. Сторона, которая обращена к Солнцу, нагревается до 260 градусов Цельсия. Теневая сторона, в свою очередь, охлаждена до 100 градусов Цельсия. Экипажу космической станции иногда приходится выходить на поверхность конструкции и подвергаться резким сменам температур. Поэтому их костюмы оснащены системой нагрева и охлаждения, благодаря которой исследователи космоса чувствуют себя относительно комфортно.

О том, какие бывают скафандры, недавно писал мой коллега Артем Сутягин. Оказывается, они бывают не только космическими.

Чем дальше от Солнца расположены космические объекты, тем они холоднее. Например, температура на Плутоне, которая расположена очень далеко, равняется -240 градусам Цельсия. А самое холодное место во Вселенной расположено в туманности Бумеранг — температурный режим в этом регионе равен -272 градусам Цельсия.

В общем если вы когда-нибудь фантастическим образом окажетесь в открытом космосе, вам понадобится костюм, внутри которого температура будет регулироваться автоматически. Но резкие изменения температуры — не единственная проблема, которая будет вас поджидать. В космическом пространстве человеческое тело терпит много изменений, о которых можно почитать в этом материале.

Как нагреваются объекты в космосе

Озоновый слой, который оберегает нас от экстремального воздействия космического пространства, «сглаживает» диапазон, в котором колеблется температура воздуха. Давайте представим, что вы осуществили детскую мечту о том, чтобы стать космонавтом. Если вы решили «побороздить галактические просторы» на космическом корабле, вы увидите, что половина вашего «круизного лайнера», обращённая к Солнцу, нагревается до пугающих температур, а в тени он, наоборот, сильно охлаждается. И, чем ближе к светилу, тем эта разница  сильнее. Но, надеемся, температура в открытом космосе не погубит ваш корабль.

Какая температура снаружи МКС

Аналогично, как и ваш личный космический корабль, как и все объекты, летающие в открытом пространстве, МКС нагревается со стороны Солнца и охлаждается со стороны… всего остального. Конкретно для Международной космической станции характерен диапазон температур за бортом от -157°C до 121°C.

Как передается тепло в космосе

Из курса школьной физики нам известно, что тепло – это движение и столкновение микрочастиц в телах, воздухе, воде. Чем оно быстрее, тем выше температура. Но каким может быть движение света и тепла в вакууме? Это излучение, при действии которого в пространство выбрасываются фотоны. Если величина отдачи фотонов превышает величину поглощения, то тело остывает, и наоборот, когда отдача фотонов меньше, чем поглощение — нагревается.

Если мы видим свет звезд, то значит космическое пространство не совсем пустое. Через него летят фотоны, которые несут нам свет и даже тепло от Солнца. Пространство сильно разряжено, поэтому здесь практически не происходит столкновения частиц. Значит, температура должна быть максимально приближена к абсолютному нулю (-273,15 гр. по Цельсию или 0 гр. по Кельвину).

Бесчисленные звезды, галактики испускают фотоны, которые буквально пронизывают космическое пространство. Кроме этого во Вселенной есть так называемое «реликтовое излучение», которое осталось после ее образования. Оно рассеяно по всему космосу. Это дает уверенности в том, что космическая температура не может быть равна абсолютному минусу.

Что происходит с Землей?

Земля, мягко говоря, уникальна. Земля, похоже, является исключением из всех космических правил — от поддержания жизни до наличия воды. Почему это так? Во многом это связано с нашей атмосферой, которая даёт много условий для нашего существования. Она защищает нас от метеоров и других угроз из космоса, помогает круговороту воды, удерживает кислород и углекислый газ, чтобы живые существа могли жить. Еще одна ключевая часть нашей атмосферы — это то, что она удерживает солнечную энергию, поглощая вредные солнечные лучи. Благодаря нашей атмосфере мы получаем все преимущества Солнца практически бесплатно.

Земля находится на расстоянии около 150 миллионов километров, и мы видим температуру от 185 Кельвинов ≈ -88 градусов Цельсия до 331 Кельвина ≈ 58 градусов Цельсия.

Как же тогда получается, что температура между Землей и Солнцем, пространства, которое находится ближе к Солнцу, является настолько холодным?

Температура в космосе при удалении от Земли

Как изменяется температура с удалением от Земли? Вспомним слои атмосферы. В тропосфере (самом первом слое) теплота очень быстро сменяется холодом. После неё падение температуры останавливается и она становится стабильно низкой. На высоте 11-50 метров располагается стратосфера, где до её середины воздух охлаждается до -56-57°С, а потом вдруг нагревается до 0°С и держится в таком значении. И снова мезосфера-морозильник.

В ста километрах от поверхности Земли расположилась так называемая Линия Кармана. Её называют той самой границей между космосом и атмосферой Земли. Температура в ней достигает -90°С. Затем снова «разморозка» в термосфере — словом, этакая «температурная зебра» позволяет снизить разницу значений на нашей планете для поддержания благоприятной среды существования живых организмов.

Защита от перепадов температуры в космосе

Атмосфера Земли отлично справляется с циркуляцией солнечного тепла посредством проводимости, конвекции и излучения. Вот почему мы так остро чувствуем изменения температуры на нашей планете.

Частицы движутся немного быстрее из-за солнечного света или погодных условий, т. к. температура в космосе на орбите равна -273,15 градусам Цельсия.

Какая температура в космосе за бортом Международной космической станции на орбите Земли?

Температура в космосе около МКС на дневной стороне достигает +4°С. А вот в тени Земли, температура падает до минус 160°С.

Поэтому астронавты, выходящие за пределы безопасных границ нашей планеты, надевают изоляционные скафандры, которые помогают защитить их от экстремальных температурных значений.

Например, скафандры эпохи Аполлона имели системы обогрева, включавшие гибкие катушки и литиевые батареи. Современные скафандры оснащены крошечными микроскопическими шариками химикатов, реагирующих на температуру, помогая защитить астронавтов от низких и высоких температур.

Скафандры Artemis, которые доставят астронавтов на Луну в 2024 году, оснащены портативной системой жизнеобеспечения. Она поможет будущим луноходам регулировать температуру на Луне и за ее пределами.

Почему в космосе холодно?

На Земле существуют миллиарды частиц газа, и они постоянно движутся, но не очень быстро. Именно их количество нагревает нашу планету, а небольшие изменения в скорости движения определяют время года и погоду. Вы постоянно сталкиваетесь с миллионами частиц и нагреваетесь от этого взаимодействия. В космическом пространстве очень мало газовых частиц, и, хотя они движутся очень быстро, поскольку их энергией заряжают звезды, такие как Солнце, им приходится преодолевать огромные расстояния, чтобы врезаться во что-нибудь. Если бы вы оказались в космосе без скафандра, во-первых, вы бы погибли, а во-вторых, вам было бы очень холодно, потому что никакие частицы не сталкиваются с вами. Теплообмен практически отсутствует. Именно поэтому в космосе нет звука. Там недостаточно молекул, чтобы вибрировать и переносить звук.

Как быть космонавтам?

Однако в космосе есть области, где температура чрезвычайно высока, достигая миллионов градусов, и они, как правило, находятся вблизи гигантских звёзд в космосе, таких как наше Солнце, или в прямой видимости. По этой причине в скафандрах есть как нагреватели, так и охладители. Если космонавт находится в прямой видимости от Солнца на том же расстоянии от него, что и Земля, его система охлаждения включится, потому что температура может быть близка к 393 К ≈ 120 С°

Почему космонавты не мёрзнут

В самом деле, температура в открытом космосе достигает запредельных по человеческим меркам значений. Почему же галактические путешественники не замерзают? Дело в том, что в космическом пространстве вакуум — отсутствие всего. А, как известно, это состояние — лучший теплоизолятор. Поэтому внутри скафандров у космонавтов специальная система охлаждения. Если бы человек вышел в открытый космос без костюма, он бы раздулся, а жидкости внутри его тела закипели. Так себе участь.

Как защищаются от перепадов температур в космосе

Нужно серьёзно подготовиться, чтобы ваш межгалактический лайнер при взлёте не получил повреждений из-за постоянного состояния «то в жар, то в холод». Конструкторы используют фольгу, но не простую, а «золотую»! Такое прозвище получила изоляция ЭВТИ – особый полимерный материал, используемый в строительстве космических летательных аппаратов. Он действует, как термоодеяло, и защищает корабль от низкой температуры в космосе.

Какая температура на других планетах

Есть два фактора, влияющие на то, какая температура на той или иной планете. Мы разобрали, что объекты во Вселенной нагреваются со стороны звезды и охлаждаются со стороны космического пространства. Но это влияние открытого космоса можно «смягчить», если у тела есть атмосфера. Значит, то, сколько градусов на поверхности планеты, зависит от атмосферы и дальности от Солнца.

Давайте разберём, какие существуют  разницы температур на планетах Солнечной системы.

• Меркурий — от –173 °C до +427 °C
• Венера — от 460°С до 475°C
• Земля — от -91,2°C до 70,7°С
• Марс — от -140°C до 20°С
• Юпитер — от -145°C до 2400°С ( у Юпитера и далее учитывается температура в облаках и внутри ядра, поскольку у газовых планет нет поверхности)
• Сатурн — от -175°С до 11700°С
• Уран — от -224°С до 4737°С
• Нептун — от -217°С до 7000°С

Узнав, какая температура в открытом космосе, вы наверняка захотели развернуть свой космический корабль обратно. Земля — единственная в Солнечной системе планета, на которой мы можем выжить. Тут нам порой холодно, порой жарко, но мы под крылом нашей атмосферы. Дом, милый дом!

Самая низкая температура в космосе

Средняя температура космического пространства вблизи Земли составляет 10,17 градуса Цельсия.

В пустом межзвездном пространстве температура составляет всего 3 градуса Кельвина, не намного выше абсолютного нуля, а это самое холодное значение которое.

Самый холодный объект, когда-либо обнаруженный во Вселенной – туманность Бумеранг. Он расположен примерно в 5000 световых годах от Земли в созвездии Центавра.

Туманность Бумеранга Самое холодное место

Самое холодное место, которое нашли астрономы к настоящему моменту, находится на расстоянии 5000 световых лет от нас в созвездии Центавра. Это звезда, которая уже достигла конца своей жизни и выбрасывает в космос очень много газа и пыли. Именно так образовалась большая красочная космическая туманность, которую астрономы назвали «Туманность Бумеранг». И (согласно измерениям Европейской Южной Обсерватории, проведённым в 1995 году) это самое холодное известное место во Вселенной с температурой в… 1 Кельвин! Как же эта туманность сумела охладиться до такой низкой температуры?

Дело в том, что газ в этой туманности удаляется от звезды со скоростью более полумиллиона км/ч! Это приводит в тому, что туманность чрезвычайно быстро расширяется. Что и вызывает её сильное охлаждение. Так же примерно, охлаждается баллончик «Дихлофоса», когда Вы распыляете его содержимое на очередного жука.

Вполне может быть, что где-то во Вселенной есть места, где ещё холоднее. Но такого места астрономы ещё не нашли. Однако с человеческой точки зрения без разницы, что где-то 3 Кельвина, где-то 1 Кельвин. А где-то вообще миллиардная доля Кельвина. Любой человек замёрзнет гораздо раньше. И если температура человеческого тела упадёт ниже 293 Кельвинов, что составляет 20 градусов по Цельсию, то это означает для него не очень хорошие новости…