Давайте оценим, через какое время может замерзнуть среднестатистический человек в космическом вакууме без защитного скафандра. Представим, что у нас есть человек с массой m = 70 кг и площадью поверхности тела S = 1,9 м². Согласно закону Стефана-Больцмана,
любое тело с температурой Т (в Кельвинах) в термодинамическом равновесии излучает инфракрасное (тепловое) излучение со светимостью Q = εσT⁴, где σ = 5,67×10⁻⁸ Вт/(м²⋅К⁴), а ε — излучательная способность (ε = 0, если человек в исправном скафандре, и ε = 1, если он абсолютно "чёрное тело"). В данном случае возьмём ε = 0.9 (человек без одежды). Рассмотрим процесс, когда человек при начальной температуре Т₀= 36,6 °C (или 309,75 К), охлаждается до 0 °C (или 273,15 K), учитывая, что тело человека на 80% состоит из воды. Изменение тепловой энергии можно приблизительно оценить из ΔQ₀ = cm(Т₀ - T₁), также добавив энергии (Lm) на случай полного замерзания воды в теле. Время, за которое человек остынет с Т₀ до T₁, можно оценить из формулы t=ΔQ₀/<Q>, где <Q> = S⋅[Q(Т₀) + Q(T₁)]/2.С учетом всех этих параметров, получаем следующие результаты. В течение 20 минут температура тела человека снизится до 32 °C, что приведет к потере сознания; через 3 часа температура тела достигнет 0 °C; и через 10 часов человек полностью замерзнет до температуры 0 °C. Следовательно, космический вакуум не подходит для прогулок без защитного скафандра. Лучистое теплоотражение скафандра возвращает утрачиваемое телом тепло, что позволяет сохранять комфортную температуру.Важно отметить, что мы не учитывали медицинские трудности, такие как повреждение кожного покрова в вакууме и интенсивное испарение влаги с кожи, что также вносит значительный вклад в охлаждение тела. Даже учтя тепловые потери, следует помнить, что человек является тепловой машиной. В среднем человек потребляет около 2,5 ккал в день, что эквивалентно мощности в 120 Вт. Голое тело с температурой Т₀ = 36,6 °C по закону Стефана-Больцмана излучает тепловое излучение с мощностью S⋅Q = 900 Вт. Если бы человек находился дома, голый на диване при температуре T = 25 °C, его тело получило бы около 850 Вт тепловой мощности из окружающей среды. Остаток, около 50 Вт, легко компенсировался бы организмом благодаря мощности 120 Вт. Но в космосе окружающая среда имеет температуру реликтового излучения (-270,4 °C), и нет способа компенсировать тепловые потери с поверхности тела (900 Вт). Таким образом, ваш организм, как тепловая машина, оказывается неспособным справиться с потерей тепла, и потеря сознания наступит уже через 20 минут.
Таким образом, нахождение без одежды в космосе строго запрещено. Хотя вакуум не передает тепло напрямую, радиационное теплоотдача тела может быть недостаточной для поддержания его температуры. Это подчеркивает сложность тепловых процессов в космическом пространстве и необходимость специального оборудования и технологий для безопасного изучения космоса.
