Защо космическото пространство е толкова студено, щом Слънцето е толкова горещо?

Превод: Теодора Савова

Източник: PopularScience

Ние живеем във вселена на крайностите.

Слънцето е толкова горещо, как тогава космическото пространство е студено?
— Якоб Брисед (@JBrissett12) 10.07.2019

 


РЕКЛАМА:

***

Защо космическото пространство е толкова студено, щом Слънцето е толкова горещо? Отличен въпрос. Противно на нашия умерен хабитат тук на планетата Земя, нашата Слънчева система е изпълнена с температурни крайности. Слънцето е почти идеална сфера, съставена от газ и огън, с температура от около 15 млн. градуса по Целзий в ядрото си и над 5500 градуса по повърхността. Междувременно, температурата на космическия фон – температурата на пространството, след като сте стигнали достатъчно далеч, за да избягате от меката атмосфера на Земята, се върти около -270 градуса по Целзий. Как е възможно това?

Температурата пътува през космоса като радиация, инфрачервена вълна от енергия, мигрираща от горещите обекти към по-студените. Радиационните вълни стимулират молекулите, с които влизат в контакт, като ги нагряват. Това е начинът, по който топлината се движи от Слънцето към Земята, но уловката е, че радиацията нагрява само молекулите и материята, които са точно в траекторията й. Всичко друго остава хладно. Да вземем Меркурий: според НАСА нощната температура на планетата може да бъде с 530 градуса по Целзий по-ниска от изложената й на радиация дневна страна.

Сравнете това със Земята, където въздухът около вас остава топъл, дори и ако сте на сянка, и дори през някои сезони в тъмнината на нощта. Това е така, защото топлината пътува по нашата красива синя планета по три начина, вместо само по един: проводимост, конвекция и радиация. Когато слънчевата радиация удари и затопли молекулите в нашата атмосфера, те подават тази допълнителна енергия на молекулите около тях. След това тези молекули се сблъскват и нагряват съседните. Топлинното прехвърляне от молекула към молекула се нарича проводимост и това е верижната реакция, която затопля пространството извън слънчевия път.

Обаче пространството е вакуум, което означава, че в основата си е празно. Газовите молекули в пространството са твърде малко и далеч едни от други, за да се сблъскват често. Така че, дори когато Слънцето ги затопля с инфрачервени вълни, прехвърлянето на тази топлина чрез проводимост е невъзможна. По същия начин, конвекцията – форма на пренос на топлина, получаваща се в присъствието на гравитацията, е важна за разпространението на топлината по Земята, но няма как да се случи в пространство при нулева гравитация.

Това са нещата, за които Елизабет Абел (инженер по термични изследвания в проекта DART на НАСА) мисли, докато подготвя носители и уреди за дългосрочни пътешествия из космоса. Особено докато е работила върху соларната сонда Паркър (Parker Solar Probe).

Както най-вероятно можете да се досетите от името, соларната сонда Паркър е част от мисията на НАСА, изследваща Слънцето. Тя се движи през най-външния слой на атмосферата на звездата, наречен корона, събирайки данни. През април 2019 г. сондата е на 15 млн. мили от звездата, най-близо достигналия до Слънцето космически кораб до сега. Топлинният щит, проектиран от едната страна на сондата, прави това възможно.

Абел казва, че работата на този топлинен щит е осигуряване на сигурността, че слънчевата радиация няма да се докосне до нищо от космическия кораб. По този начин, докато топлинният щит понася изключително висока температура от нашата гостоприемна звезда, самият космически кораб е много по-студен.

Като водещ топлинен инженер за DART – малък космически кораб, проектиран да се сблъска с астероид и да го изтласка от курса, Абел предприема практични стъпки за управление на температурите на дълбокия космос. Екстремното изменение на температурата между ледената празнота и кипящата топлина на Слънцето създава уникални предизвикателства. Някои части от космическия кораб се нуждаят от помощ, за да останат достатъчно хладни, докато други се нуждаят от нагревателни елементи, за да се поддържат достатъчно топли.

Подготовката за температурни промени от стотици градуси може да звучи налудничаво, но просто така стоят нещата в космоса. Истинският особняк е Земята: Насред екстремалния студ и огнена горещина, атмосферата ни поддържа нещата учудващо умерени – поне засега.

 

 

 


Европейска нощ на учените 2022 г.: