Космическое пространство существует за пределами Земли и ее атмосферы и между небесными телами. Его температура обусловлена фоновым излучением после Большого взрыва и составляет 2,7 Кельвина (т. е температура в открытом космосе по Цельсию – примерно -271 °C).
Строение атмосферы нашей планеты
Тонкий слой, окружающих нашу Землю, называется атмосферой. Многие планеты Солнечной системы имеют атмосферу, но ни на одной из них нет атмосферы, подобной нашей – такой, которая могла бы поддерживать жизнь.
Атмосфера удерживается на планете силой притяжения и состоит из смеси газов и разных веществ.
Изначально она сильно отличалась от современной и состояла в основном из аммиака, метана и двуокиси углерода и водяного пара. Свободного кислорода было мало, если он вообще присутствовал.
Концентрация атмосферы, а, следовательно, и давление, уменьшаются по мере того, как вы поднимаетесь над поверхностью Земли.
Самая внешняя атмосфера Земли, часть выше нескольких сотен километров, представляет собой область чрезвычайно низкой плотности.
Атмосферу можно разделить на следующие слои:
- Нижний слой, где температура снижается с высотой, известен как тропосфера. Толщина тропосферы составляет примерно 12 км, но есть небольшие различия. Если температура повышается с увеличением высоты в тропосфере, то существует температурная инверсия. Формирование погоды происходит в тропосфере. Ее вершина отмечена тропопаузой.
- Над тропопаузой находится стратосфера. Слой расслаивается более плотным, более холодным воздухом под более теплым и легким. Это приводит к повышению температуры с высотой. Поскольку стратосфера не является турбулентной, именно здесь летает большинство самолетов. Температура воздуха повышается с высотой, пока не достигнет примерно 10°C на высоте 48 км.
Основная причина повышения температуры с высотой заключается в том, что большая часть озона содержится в стратосфере. Ультрафиолетовый свет, взаимодействующий с озоном, вызывает повышение температуры. Граница между стратосферой и следующим слоем называется стратопаузой.
- Выше стратопаузы температура снова снижается с высотой. Этот слой называется мезосферой. Температура падает до -90°C вблизи верхней части мезосферы, где находится мезопауза.
- Над мезопаузой находится термосфера, или «теплый слой». В термосфере температура действительно повышается с высотой, но количество присутствующих молекул настолько мало, что даже если предположить, что они очень подвижны, плотность все равно остается очень низкой.
- Над термосферой находится экзосфера («внешний слой»). Граница между ними очень размыта. Молекулы в экзосфере обладают достаточной кинетической энергией, чтобы избежать земного притяжения и таким образом улететь в космос.
- Внешнюю часть мезосферы и термосферы иногда называют ионосферой, поскольку большая часть молекул и атомов ионизируется ультрафиолетовым светом и другими частицами высокой энергии на этой высоте. Ионосфера – это то, от чего отражаются радиосигналы.
Температура в космическом пространстве
Какая температура в открытом космосе? Она составляет приблизительно +255°C, а в тени – -255°C. Температура имеет точно математическое определение. Она пропорциональна средней кинетической энергии случайного движения молекул вещества. Кинетическая энергия — это энергия, которой обладает вещество в силу своего движения. Молекулы всех веществ, даже твердых, имеют случайное движение и, следовательно, связанную с ним кинетическую энергию и температуру.
На заре развития космонавтики необходимо было точно установить, сколько градусов в космосе по Цельсию. Эти сведения были нужны для совершения полетов.
Астронавты, выходящие в открытый космос, испытывают определенные экстремальные температуры. Это означает, что они получают определенное количество солнечной радиации.
Защитный скафандр астронавта должен выдерживать температурный диапазон от -255 до +255°С в зависимости от количества солнечной энергии.
Совершенно пустое пространство не имело бы температуры, поскольку там нет молекул. Технически должно присутствовать вещество, чтобы иметь соответствующий температурный показатель. Конечно, даже в пустоте межзвездного пространства есть молекулы водорода, электронов или нейтронов, и поэтому космос не является пустым.
Даже когда в этом пространстве нет частиц, существует космическое микроволновое фоновое излучение (МФИ). Это «излучение» заполняет всю Вселенную и считается послесвечением Большого взрыва. Вселенная была невероятно горячей, когда впервые произошел Большой взрыв.
Существовало огромное количество излучения в форме частиц, называемыми фотонами – «частицами электромагнитного излучения». Однако по мере расширения Вселенной пространство охлаждалось. Сейчас излучение довольно холодное.
Фотоны, составляющие МФИ, на самом деле обладают различными энергиями. Температура МФИ – 2,7 градуса Кельвина (то есть 2,7 градуса выше абсолютного нуля, или около -270°С).
Таким образом, температура МФИ – 2,7 К может быть указана, как «температура пространства» – характеристика содержание энергии в пустом пространстве. Конечно, 2,7 К – это довольно низкое значение!
Защита от перепадов температуры в космосе
Атмосфера Земли отлично справляется с циркуляцией солнечного тепла посредством проводимости, конвекции и излучения. Вот почему мы так остро чувствуем изменения температуры на нашей планете.
Частицы движутся немного быстрее из-за солнечного света или погодных условий, т. к. температура в космосе на орбите равна -273,15 градусам Цельсия.
Какая температура в космосе за бортом Международной космической станции на орбите Земли?
Температура в космосе около МКС на дневной стороне достигает +4°С. А вот в тени Земли, температура падает до минус 160°С.
Поэтому астронавты, выходящие за пределы безопасных границ нашей планеты, надевают изоляционные скафандры, которые помогают защитить их от экстремальных температурных значений.
Например, скафандры эпохи Аполлона имели системы обогрева, включавшие гибкие катушки и литиевые батареи. Современные скафандры оснащены крошечными микроскопическими шариками химикатов, реагирующих на температуру, помогая защитить астронавтов от низких и высоких температур.
Скафандры Artemis, которые доставят астронавтов на Луну в 2024 году, оснащены портативной системой жизнеобеспечения. Она поможет будущим луноходам регулировать температуру на Луне и за ее пределами.
Самая низкая температура в космосе
Средняя температура космического пространства вблизи Земли составляет 10,17 градуса Цельсия.
В пустом межзвездном пространстве температура составляет всего 3 градуса Кельвина, не намного выше абсолютного нуля, а это самое холодное значение которое.
Самый холодный объект, когда-либо обнаруженный во Вселенной – туманность Бумеранг. Он расположен примерно в 5000 световых годах от Земли в созвездии Центавра.
Видео-обзор по теме
