Считается, что в космосе всё просто: вышел без скафандра и через секунду превратился в ледяной чупа-чупс. Но физика тут подкидывает нам задачку со звездочкой.
Ведь мы прекрасно знаем, что охлаждение - это передача тепла от одних молекул к другим. Но в вакууме молекул то нет! Почему же человек замерзает?
Температура в космосе крайне низкая, это любят повторять в кино и научно-популярных книгах про космос, здесь минус 271 °C. Однако здесь человек не закоченеет мгновенно.
В фильмах десятилетиями показывали вымысел - человек в космосе не превращается в ледышку за секунды и уж точно не взрывается, как плохо закрытый пакет с кефиром.
«Гравитация» против реальности
Кино любит сгущать краски. Но физика — штука упрямая.
Тепло на Земле передаётся тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.
Теплопроводность - это непосредственный контакт. Опустили стальную ложку в горячий чай - она нагрелась.
Конвекция - это когда массы газа или жидкости перемещают тепло за собой. Циклон, например. Или равномерный прогрев квартиры.
В вакууме невозможны ни конвекция ни теплопроводность, так как молекул, которые передают энергию, там нет.
Остается только третий способ - тепло может передаваться через излучение.
Поэтому тело человека все-таки будет остывать - только за счёт инфракрасного излучения.
Человеческое тело излучает примерно 90 ватт тепла при привычных 36,6 °C. Чтобы реально замёрзнуть в космосе, понадобится больше суток.
На Земле человек тоже испускает излучение, но частично возвращает тепло из окружающей среды. Плюс биохимические реакции внутри организма. В космосе же только одна биохимия у человека и остается, и ее не хватит на поддержку тепла.
Секрет космического холода
Откуда взялась страшная цифра температуры в космосе −271 °C?
Причина этому - так называемое реликтовое излучение. Это остаточное излучение, эхо Большого взрыва, которому почти 14 миллиардов лет. Оно равномерно заполняет космос и задаёт «температуру фона» в 2,7 Кельвина. Абсолютный ноль по шкале Цельсия равен −273,15 градусов. Вот так, прогревая абсолютный ноль на величину реликтового излучения мы и получаем заветную температуру космоса на уровне −271 °C.
Как я уже ранее сказал, тело всё равно теряет тепло. Потому что в космосе работает один механизм теплопередачи — излучение. Закон Стефана-Больцмана описывает это формулой:
P = σAT⁴
где P — мощность теплового излучения, σ — константа, А — площадь поверхности, T — температура.
Проще говоря, чем горячее объект, тем быстрее он теряет энергию. Человеку в вакууме компенсировать эти потери нечем.
Курьёзы космической теплопередачи
Физика в космосе непривычна для человека на поверхности. И выглядит это необычно.
- На МКС пламя горит не языками вверх, а собирается в мягкий светящийся шар — конвекции-то нет.
- Спутники получают около трети тепла не от Солнца, а от Земли — её инфракрасное излучение подогревает нижние панели.
- Лунный камень может днём раскалиться до +120 °C, а ночью остыть до −170 °C — атмосферы-то нет, чтобы смягчить контрасты.
- В космосе есть водородные облака с температурой 10 000 °C, но плотность там крайне низкая - согреться не получится.
Напоследок, развею и еще два мифа из кинематографа про человека в вакууме
Миф №1: взрыв человека. Кожа прочная, мышцы держат форму. Да, ткани слегка «раздуются» из-за расширения газов, но никакого эпичного «бах».
Миф №2: кровь фонтаном кипит. На деле образуются крошечные пузырьки в тканях. Неприятно, но без спецэффектов.
Я запустил канал в MAX. Если у вас есть новый российский мессенджер - присоединяйтесь! Там публикую не то, что в Дзене, другой контент - интересные факты, научные шутки и мемы.