Мы живём в суровой и экстремальной вселенной.
В отличие от нашей мягкой среды обитания здесь, на Земле, наша солнечная система полна экстремальных температур. Солнце - это шар из газа и огня, который достигает около 27 миллионов градусов по Фаренгейту в его ядре и 10000 градусов по его поверхности. Между тем, космическая фоновая температура - температура в космосе, когда вы улетаете достаточно далеко от Земли, колеблется в -455 F. Как это может быть?
Тепло распространяется через космос как излучение, инфракрасная волна энергии, которая мигрирует от более горячих объектов к более холодным. Волны излучения возбуждают молекулы, с которыми они вступают в контакт, заставляя их нагреваться. Именно так тепло распространяется от Солнца к Земле, но суть в том, что излучение нагревает только молекулы и вещества, которые находятся непосредственно на его пути. Все остальное остается холодным. Возьмите Меркурий (ближайшая к Солнцу планета): согласно НАСА, ночная температура планеты может быть на 1000 градусов по Фаренгейту ниже, чем облученная дневная сторона.
Сравните это с Землей, где воздух вокруг вас остается теплым, даже если вы находитесь в тени - и даже, в некоторые сезоны, в темноте ночи. Это потому, что тепло распространяется по нашей прекрасной голубой планете тремя способами вместо одного: проводимость, конвекция и излучение. Когда солнечная радиация поражает и нагревает молекулы в нашей атмосфере, они передают эту дополнительную энергию молекулам вокруг них. Эти молекулы затем сталкиваются и нагревают своих соседей. Этот перенос тепла от молекулы к молекуле называется проводимостью, и это цепная реакция, которая нагревает области за пределами солнечного пути.
Пространство, однако, является вакуумом, то есть оно в основном пустое. Молекулы газа в космосе слишком малы и находятся далеко друг от друга, чтобы регулярно сталкиваться друг с другом. Таким образом, даже когда солнце нагревает их инфракрасными волнами, передача тепла посредством проводимости невозможна. Точно так же конвекция - форма теплопередачи, которая происходит в присутствии силы тяжести - важна для рассеивания тепла по всей Земле, но не происходит в невесомом пространстве.
Об этом думает Элизабет Абель, инженер-теплотехник проекта НАСА DART, когда она готовит транспортные средства и устройства для длительных путешествий в космосе.
В своей миссии по изучению Солнца НАСА использует космический аппарат Солнечный зонд "Паркер".
Он собирает данные через самый внешний слой атмосферы звезды, называемый короной. В апреле 2019 года зонд прошел в 24 миллионах километров от Солнца. Теплозащитный экран, спроецированный с одной стороны зонда, делает это возможным.
Работа этого теплового экрана, - говорит Абель, - следить за тем, чтобы « никакое солнечное излучение не коснулось ничего на космическом корабле». Таким образом, в то время как тепловой экран испытывает экстремальную жару (около 250 градусов F), сам космический корабль намного холоднее - около -238 градусов по Фаренгейту, говорит она.
Будучи ведущим инженером-термистом в DART, Абель предпринимает практические шаги для управления температурой в открытом космосе. Чрезвычайное изменение температуры между ледяной пустотой и кипящим солнцем создает уникальные проблемы. Некоторым частям космического корабля нужна помощь, чтобы он оставался достаточно холодным, чтобы избежать короткого замыкания, в то время как другим нужны нагревательные элементы, чтобы они оставались достаточно теплыми, чтобы функционировать.
Подготовка к температурным перепадам в сотни градусов может показаться дикой, но это просто то, как обстоят дела в космосе. Настоящая странность - это Земля: среди сурового холода и огненной жары, наша атмосфера поддерживает всё в норме - по крайней мере, на данный момент.