Panująca temperatura w kosmosie to kolejny dowód na to, jak niegościnnym miejscem jest próżnia. W tym artykule wyjaśnimy, ile stopni jest w kosmosie, skąd bierze się akurat ta wartość i co stałoby się z ciałem człowieka, które zostało wystawione na jej działanie.
Ile wynosi temperatura w kosmosie? Czy w kosmosie jest zimno? Dlaczego we Wszechświecie najprawdopodobniej nie ma regionu, w którym panowałoby zero absolutne? To pytania, na jakie postaramy się udzielić Wam odpowiedzi w niniejszym tekście.
Życie na Ziemi dla ponad 8 miliardów ludzi wiąże się z częstym sprawdzaniem pogody. Jednym z jej wyznaczników jest temperatura, dzięki której wiemy, jaki rodzaj stroju będzie odpowiedni na daną aurę. Temperatura w kosmosie również istnieje – a badaczom udało się określić, ile ona wynosi.
Temperatura w kosmosie – ile ona wynosi?
Odpowiedź na to pytanie nie będzie jednoznaczna, ponieważ zależy to od miejsca przeprowadzania naszych pomiarów. Przykładowo, inaczej sytuacja będzie rysować się w sąsiedztwie gwiazdy, czyli kolokwialnie mówiąc: kosmicznych pieców. Przestrzeń kosmiczna to jednak w zdecydowanej większości pustka, czyli próżnia. Ile zatem wynosi jej temperatura?
Udając się zatem w podróż, w której oddalimy się od wszelkiej materii (jak gwiazdy, obłoki gazów, inne ciała niebieskie) i docierając do obszarów pustej przestrzeni, ich średnia temperatura będzie wynosić około 2,7 kelwina. Przekładając to na stopnie Celsjusza, wartość ta wynosi -270,15 stopni. Jest to odpowiedź na to, jaka jest średnia temperatura w kosmosie.
Skąd jednak bierze się ta konkretna wartość? No cóż, pora bardziej zagłębić się w fizykę – będzie nam to potrzebne do odpowiedzi na to pytanie.
-75%
Dlaczego nie zero absolutne?
Znamy już wartość temperatury w kosmosie, ale czym dokładnie jest SAMA temperatura? Łatwo możemy ją poczuć, chwytając np. za ciepły kaloryfer lub kawałek sopla lodu gołymi dłońmi. Z naukowego punktu widzenia, ciepło definiuje ruch cząsteczek, jak np. atomy. Im wyższa temperatura, tym ich ruch staje się szybszy, bardziej chaotyczny. Odwrotnie, gdy „słupek rtęci spada” – ich ruch zostaje spowolniony.
Ochładzając temperaturę do ekstremalnych wartości, osiągamy poziom, w którym wszelki ruch molekularny ulega wstrzymaniu. Wartość ta jest doskonale znana w fizyce – określamy ją mianem zera bezwzględnego lub zera absolutnego. Stała ta, określana mianem 0 K wynosi −273,15°C.
Sprawdź też: Jaka jest temperatura na Marsie? Jakie warunki panują na Marsie? Czy człowiek tam wytrzyma?
Jakkolwiek niewłaściwie może to zabrzmieć, sama próżnia jest cieplejsza niż zero absolutne, wynosząc wspomniane już 2,7 K (-270,15°C). Skąd zatem bierze się ta różnica, skoro zdefiniowaliśmy już próżnię jako absolutną pustkę. Czy w związku z tym nie powinna ona osiągać zera absolutnego?
Nawet pozbawiona materii próżnia międzygwiezdna jest jednak miejscem, które sporadycznie przecinają jądra wodoru, elektrony lub neutrina, które przemierzają przestrzeń kosmiczną. Pustka nie jest zatem w 100% pozbawiona molekuł, jednak musi istnieć czynnik, który jest w stanie je podgrzać powyżej zera absolutnego. Czynnikiem tym jest mikrofalowe promieniowanie tła, znane jako CMB.
Temperatura w kosmosie a mikrofalowe promieniowanie tła
Obecność cząstek molekularnych w próżni jest mała, ale nie zerowa. Szacuje się, że jeden atom przypada na 10 centymetrów sześciennych przestrzeni kosmicznej. W związku z tym, w kosmosie istnieje tylko jeden sposób na przekazywanie ciepła – promieniowanie. Jaki ma to związek z CMB?
Całkiem spory, jeżeli weźmiemy pod uwagę to, że w jakiś sposób każdy obszar Wszechświata nie jest w stanie osiągnąć zera absolutnego. Dzieje się tak z uwagi na wspomniane mikrofalowe promieniowanie tła, które ma wpływ na temperaturę w kosmosie. Jest ono pozostałością po tzw. okresie rekombinacji elektronów, który miał miejsce 380-400 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu.
Przed erą rekombinacji, hipotetyczne bytowanie we Wszechświecie było jak przebywanie w gęstej mgle. Powodem tego było łączenie się fotonów z wolnymi elektronami, co uniemożliwiało tym pierwszym przemierzanie długich dystansów. Sytuacja uległa zmianie wraz z rozszerzaniem się młodego Wszechświata. Jego temperatura spadła, natomiast elektrony zaczęły wchodzić w kontakt z protonami, tworząc atomy wodoru. Fotony uzyskały w ten sposób „wolność”, rozpoczynając podróż przez przestrzeń, co nadało jej przezroczystości.
Sprawdź też: Nasza gwiazda: Słońce – co naprawdę o niej wiemy?
Wspomniane fotony są pozostałością po tym wydarzeniu, znaną nam pod pojęciem mikrofalowego promieniowania tła. Wypełniają one cały Wszechświat – w każdym centymetrze sześciennym przestrzeni jest ich około 400. I to właśnie one wpływają na temperaturę 2,7 K w miejscach, które pozbawione są wszelkiego innego źródła promieniowania.
Początkowo temperatura w kosmosie była zgoła inna. We wczesnej fazie istnienia Wszechświata, jego otoczenie było znacznie gorętsze i gęstsze. Według obliczeń naukowców CMB na początku emisji miało temperaturę 2726⁰C – co stanowi w dużej opozycji do obecnych -273,15°C. Powodem jest rzecz jasna rozszerzanie się Wszechświata, co oznacza, że ochładza się on jako całość.
Jaka jest najniższa temperatura w kosmosie?
Osiągnięcie zera absolutnego w warunkach naturalnych jest praktycznie niemożliwe, z uwagi na wszechobecne promieniowanie tła. Czy oznacza to więc, że 2,7 K to absolutny rekord najniższej temperatury w kosmosie? Otóż nie, czego dowodem jest młoda mgławica protoplanetarna z gwiazdozbioru Centaura.
Mowa tu o Mgławicy Bumerang, czyli ciele niebieskim, które osiągnęło najniższą temperaturę, jaką kiedykolwiek zanotowano – rzecz jasna pochodzenia naturalnego. Według pomiarów dokonanych w 1995 i 2003 roku obliczono, że jej temperatura wynosi tylko jeden stopień powyżej zera absolutnego. Daje to oszałamiający wynik −272.15°C, co stanowi rekord w całej skali kosmicznej po dziś dzień.
Sprawdź też: Ile trwa lot w kosmos i od czego to zależy?
Oznacza to, że mikrofalowe promieniowanie tła jest cieplejsze niż sama mgławica. W jaki sposób mgławica była w stanie ochłodzić się poniżej wartości tego promieniowania reliktowego?
Obserwacje dostarczyły na to pytanie odpowiedzi. Dowodzą one temu, że przez ostatnie 1500 lat, mgławica emituje strumienie gazów, które osiągają zawrotne prędkości – 500000 km/h. Gazy te ulegają szybkiemu rozszerzeniu, co prowadzi następnie do ekstremalnego wychłodzenia i osiągnięciu wyniku 1 kelwina.
Najniższa temperatura w warunkach laboratoryjnych
Co interesujące, ludzie są skuteczniejsi w zbijaniu temperatury do ekstremalnych wartości. Badaczom z Niemiec udało się w 2018 roku ustanowić w tej kwestii rekord, oficjalnie wpisany do Księgi rekordów Guinnessa. Ile zatem wynosi najniższa temperatura, jaką osiągnięto w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych?
Wynosi ona… 38 pK (pikoKelwinów) – nie brzmi powalająco? Przekładając to na stopnie Celsjusza, naukowcy osiągnęli poziom -273,149999999962 C. To 38 bilionowych części stopnia powyżej zera absolutnego.
Idealne do mierzenia temperatur – choć zdecydowanie mniej ekstermalnych, niż te w kosmosie!
Jaka jest najwyższa temperatura we Wszechświecie?
Mgławica Bumerang to najzimniejszy obiekt, który został wykryty przez człowieka. Co jednak w przypadku, gdy pójdziemy w drugą stronę? Jakie ciało niebieskie lub miejsce we Wszechświecie może pochwalić się najwyższą temperaturą? Czy będzie to Słońce?
Pudło, ponieważ nasza gwiazda nie jest gorąca wśród typowych dla siebie obiektów. Im gorętsza jest gwiazda, tym jej odcień staje się bliższy niebieskiemu. Jednak Słońce, nawet w swoim najgorętszym miejscu (czyli jądrze, gdzie temperatura wynosi 15 milionów °C), nie aspiruje do najgorętszych obszarów kosmosu.
Sprawdź też: Ile kosztuje lot w kosmos? Kto może polecieć?
W tej kwestii fotel lidera podlega licznym zmianom, jednak potencjalnym kandydatem może okazać się kwazar 3C 273. Jest to jeden z najjaśniejszych kwazarów, jakie mogą być obserwowane z naszej planety i pierwszym wykrytym obiektem tego rodzaju. W jego skład wchodzi supermasywna czarna dziura, która posiada 886 milionów mas naszej gwiazdy. Pochłaniając materię, rozgrzewa ją do postaci plazmy, która osiąga poziom 10 bilionów stopni Celsjusza.
Temperatura w kosmosie a ciało człowieka
-273,15 stopni Celsjusza to prawdziwe ekstremum, które sprawia, że wycieczka po bułki zimową porą przy -15 stopniach staje się wręcz przyjemnym spacerem. Podobnie jak około -90 stopni, które zanotowano na stacji Wostok w latach 80. XX wieku. Co stałoby się z ludzkim ciałem, które zostałoby wystawione na działanie tak niskiej temperatury w próżni, bez żadnej formy ochrony?
Gatunek science fiction obfituje w filmy, które starają się przedstawić to wydarzenie. I co ciekawe nie ma tu jednego motywu, ponieważ nie brakuje scen różnego rodzaju. Od gwałtownego procesu zamrożenia całego ciała aż po spektakularny wybuch. Jak ma się to do rzeczywistości?
W zasadzie tylko pod jednym względem: w każdym przypadku następstwem będzie śmierć takiego nieszczęśnika. Zamarzanie, eksplozje, wykrwawianie się – to jednak całkowita fikcja. Zatem co dzieje się z ciałem człowieka wystawionym na działanie próżni?
- Na początku rozszerzeniu ulegają wszystkie gazy w organizmie – mowa tu o płucach, układzie krwionośnym oraz jelitach.
- Woda, która stanowi około 65% ciała osoby dorosłej, zaczyna się gotować i wyparowywać na całej powierzchni skóry.
- Gotująca się woda wywiera nacisk na organy oraz skórę, co prowadzi do ich rozszerzenia się.
- Przeciętna osoba dorosła jest w stanie być świadoma w trakcie tego procesu – układ krążenia przez około 15 sekund dostarcza jeszcze tlen do mózgu, co pozwala zachować świadomość.
- Śmierć następuje poniżej dwóch minut – powodem nie jest zamarznięcie, utrata krwi lub wybuch ciała, ale uduszenie się.
Szczątki osoby pozbawionej skafandra nie zamarzają nawet długo po jej śmierci. Próżnia nie jest w stanie pozbawić ciepła z ciała przez kondukcję lub konwekcję – jedynie przez wypromieniowanie. W związku z tym zamarznięcie zaszłoby po około 18-36 godzinach od pierwszej ekspozycji na próżnię.
Powiało chłodem? Kosmos pełen jest ekstremalnych miejsc, które trudno ogarnąć rozumem. Jednym z nich jest z pewnością temperatura w kosmosie – człowiek bez odpowiedniego sprzętu nie byłby w stanie bytować w takim środowisku.
