На первый взгляд это кажется противоречием. Во Вселенной — миллиарды звёзд, каждая из которых излучает колоссальное количество энергии. Солнце, находясь на расстоянии 150 миллионов километров, нагревает поверхность Земли и делает возможной жизнь. Однако уже на орбите температура окружающего пространства приближается к –270 °C. Почему так происходит?
Ответ заключается не в слабости звёзд, а в фундаментальных законах физики.
В космосе почти нечему нагреваться
Главная причина холода космоса — его чрезвычайная разреженность. Межзвёздное пространство представляет собой почти идеальный вакуум: в среднем один атом на кубический сантиметр. Для сравнения, в земном воздухе в том же объёме содержится около 10¹⁹ молекул.
Температура — это мера средней кинетической энергии частиц. Если частиц почти нет, измерять температуру в привычном смысле попросту невозможно. Поэтому вакуум не может быть тёплым так же, как воздух или вода.
Почему тепло не распространяется в космосе
Существуют три способа передачи тепла:
- теплопроводность — при прямом контакте частиц,
- конвекция — при движении нагретой среды,
- излучение — в виде электромагнитных волн.
В космосе первые два механизма практически не работают из-за отсутствия среды. Остаётся только излучение — самый неэффективный способ нагрева пространства. Свет может нагреть объект, который его поглощает, но сам вакуум нагреться не способен.
Энергия звёзд быстро рассеивается
Излучение звезды ослабевает с расстоянием по закону обратных квадратов: при увеличении расстояния в два раза интенсивность падает в четыре раза, в десять раз — уже в сто раз.
Даже очень яркая звезда эффективно нагревает лишь ближайшие окрестности. Основная часть пространства получает настолько малую долю энергии, что этого недостаточно для заметного повышения температуры.
Космос не абсолютно холодный
Несмотря на это, температура космоса не равна абсолютному нулю. Всё пространство заполнено реликтовым излучением — слабым тепловым фоном, оставшимся со времён Большого взрыва. Его температура составляет около 2,7 Кельвина (–270,45 °C).
Это минимальный тепловой уровень Вселенной. Даже в самых удалённых межгалактических пустотах температура не опускается ниже этого значения.
Почему тогда нагреваются планеты и спутники
Когда в космосе появляется объект — планета, астероид или космический аппарат, — ситуация меняется. Такие тела:
- поглощают излучение,
- накапливают энергию,
- нагреваются и затем излучают тепло обратно.
Хороший пример — Луна. Из-за отсутствия атмосферы температура на её поверхности днём достигает +120 °C, а ночью падает до –170 °C. Тепло не удерживается и быстро уходит в окружающее пространство.
Главный вывод
Космос холодный не потому, что в нём мало энергии, а потому что:
- в нём почти нет частиц,
- тепло не передаётся без среды,
- излучение быстро рассеивается,
- энергия не накапливается.
Свет и тепло — не одно и то же. Во Вселенной можно находиться в потоке излучения и при этом оставаться в условиях, близких к абсолютному холоду.
Кратко
- космос — это почти идеальный вакуум;
- температура зависит от движения частиц;
- звёзды освещают, но не прогревают Вселенную;
- минимальную температуру задаёт реликтовое излучение.
Холод космоса — не загадка и не парадокс, а прямое следствие законов физики, по которым существует Вселенная.