Євген Опанасенко
редактор розділу Техно Чому в космосі так холодно, в той час як на Сонці неймовірно гаряче? Здавалося б, це елементарне питання зі шкільної програми, але, якщо задуматися, виявляється все далеко не так просто. Вчені дали вичерпну відповідь на космічну загадку.
Дивіться також в сюжеті про те, як захистити очі від Сонця:
Сонце – це найближча до нас зірка, яка відноситься до типу G2V, що є жовтим карликом. Незважаючи на відносно невеликі розміри в порівнянні з багатьма космічними гігантами, Сонце дуже гаряче – температура його поверхні становить 5500 градусів за Цельсієм, а ядра – 15,7 мільйонів по Кельвіном. Тим часом, якщо віддалитися від Сонця досить далеко, наприклад до орбіти Нептуна, то температура падає до -270 °C. Це буквально на три градуси вище абсолютного нуля. Як таке може бути?
Тепло в космосі поширюється у вигляді випромінювання інфрачервоної хвилі енергії, яка мігрує від більш гарячих об'єктів до більш холодних. Хвилі випромінювання збуджують молекули, змушуючи їх нагріватися – саме так тепло поширюється від Сонця до Землі. Але суть в тому, що випромінювання нагріває тільки молекули речовини, яка знаходиться безпосередньо на його шляху. Все інше залишається холодним. Візьміть Меркурій: згідно NASA, різниці температур планети становить понад 500 градусів за Цельсієм – денна сторона прогрівається до 427 °C, тоді як нічна опускається до -193 °C.
На Землі нічна температура все ще залишається відносно теплою навіть при зміні сезонів. Це відбувається тому, що тепло поширюється по нашій блакитній планеті через щільну газову атмосферу трьома способами: провідністю, конвекцією і випромінюванням. Коли сонячні промені нагрівають молекули в нашій атмосфері, вони передають цю додаткову енергію сусіднім молекулам. Це перенесення тепла від молекули до молекули називається провідністю, і це ланцюгова реакція, яка нагріває області за межами сонячного світла на темній стороні.
Космічний простір є вакуумом. Космічний вакуум, звичайно, не є досконалим, адже навіть в міжзоряному просторі існує по 5-10 атомів водню на кубічний сантиметр. Проте, молекули газу в глибокому космосі надто розріджені і знаходяться далеко один від одного, щоб регулярно рухатися і передавати енергію. Таким чином, навіть коли Сонце нагріває їх інфрачервоним випромінюванням, передача тепла за допомогою провідності неможлива. Точно так само конвекція – форма теплопередачі, яка відбувається в присутності сили тяжіння – вона важлива для розсіювання тепла по всій Землі, але не відбувається в невагомому просторі.
Захист від гарячого Сонця і вселенського холоду
Інженер-термист Елізабет Абель проекту DART від NASA, розробляє системи терморегуляції для космічних апаратів, створених для тривалих подорожей в космосі. Одним з її проектів був сонячний зонд Parker, що збирає дані через зовнішній шар атмосфери зірки, званий короною. У квітні 2019 зонд пройшов максимально близько до поверхні Сонця – на відстані в 15 мільйонів кілометрів. Теплозахисний екран, розміщений з одного боку зонда, дозволив реалізувати ризикований маневр.
"Тепловий екран був спроектований так, щоб ніяке сонячне випромінювання не розплавило космічний корабель. В той час, як захист прогрівається до 250 °C, сам апарат залишається холодним з температурою корпусу -238 °C", – пояснює Елізабет Абель.
Величезна різниця температур між холодним космосом і киплячим Сонцем створює серйозні проблеми. Окремим частинам космічного корабля необхідна комфортна температура, щоб він залишався досить холодним для уникнення короткого замикання, в той час як іншим потрібні нагрівальні елементи, щоб вони залишалися досить теплими для функціонування.
Підготовка до температурних перепадів в сотні градусів може здатися дикою, але саме так насправді йдуть справи в космосі. Справжня дивина – це Земля, що підтримує внутрішню температуру таким чином, щоб на ній утворилося і існувало життя, на відміну від величезного холодного космосу.
Нагадаємо, що раніше висадку на Місяці переробили з повним реалізмом. А нещодавно астрономи зафіксували "космічні пологи" у Всесвіті.
Головні теми