Какая температура у космоса? Спойлер: на самом деле — никакой
Что первым приходит на ум, когда вы думаете о космосе? Бескрайняя темнота, мерцающие звёзды и… пронизывающий, смертельный холод. Кинематограф научил нас, что оказаться в вакууме без скафандра — значит мгновенно превратиться в ледяную статую. Но, как это часто бывает, реальность гораздо интереснее и сложнее голливудских мифов.
Так насколько же холоден космос? Ответ на этот, казалось бы, простой вопрос уводит нас в самое сердце физики, к истокам Вселенной и к пониманию того, что такое «температура» на самом деле.
Почему у пустоты не может быть температуры?
Давайте начнём с основ. Когда мы говорим «холодно» или «горячо», мы описываем, как быстро движутся атомы и молекулы в веществе. Горячий чай — это миллиарды частиц воды, которые носятся с огромной скоростью. Остывший чай — те же частицы, но уже куда более ленивые. Температура — это, по сути, мера этой кинетической энергии.
А теперь представьте себе идеальный вакуум. Абсолютную пустоту. Если там нет частиц, то нечему и двигаться. А раз нечему двигаться — значит, и измерять нечего. Получается, у самого пространства, у пустоты как таковой, температуры нет. Это как пытаться измерить цвет тишины.
Конечно, космос — это не идеальная пустота. Он пронизан частицами, пылью, газом и, что важнее всего, излучением. И вот именно эти «жители» космической бездны и создают то, что мы можем назвать температурой.
Вселенная крайностей: от звёздной печи до ледяной бездны
Температура в космосе — это не константа. Это скорее лоскутное одеяло из зон с немыслимыми перепадами.
Самые горячие места — это, разумеется, окрестности звёзд. В их ядрах бушуют термоядерные реакции, создавая колоссальное количество энергии. Эта энергия в виде излучения разлетается во все стороны. Когда фотоны этого излучения сталкиваются с чем-то материальным — например, с частицами в атмосфере планеты, — они передают свою энергию, заставляя эти частицы вибрировать. Вот вам и тепло! Именно поэтому наша Земля, окутанная плотной атмосферой, такая тёплая и уютная, а безвоздушная Луна то раскаляется до +120 °C, то остывает до −170 °C.
Но даже близость к звезде не всегда означает тепло. Взгляните на Меркурий: днём там адское пекло, а ночью — мороз до −178 °C. А Уран, который находится гораздо дальше от Солнца, чем Нептун, умудряется быть самой холодной планетой Солнечной системы (−224 °C). Причина? Древняя космическая катастрофа. Считается, что столкновение с огромным объектом буквально «положило» Уран на бок, из-за чего он потерял способность эффективно удерживать своё внутреннее тепло.
А если улететь ещё дальше, в межзвёздную среду? Там частицы вещества настолько редки, что находятся на огромном расстоянии друг от друга. Они не могут столкнуться и передать тепло через прикосновение (теплопроводность) или с потоками газа (конвекция). Единственный способ обмена энергией — это медленное и неэффективное излучение. В результате температура в плотных молекулярных облаках, где рождаются новые звёзды, падает до шокирующих 10 Кельвинов (−263 °C). Это всего на десять градусов выше абсолютного нуля.
Шёпот Большого взрыва: единый термостат космоса
Итак, космос — это хаос температур. Но есть ли у него какая-то базовая, фоновая температура? Удивительно, но да.
Всю нашу Вселенную, каждый её кубический сантиметр, пронизывает невидимое излучение. Оно известно как реликтовое излучение (или CMB — Cosmic Microwave Background). Это древнее эхо, послесвечение самого Большого взрыва. Его температура невероятно однородна и составляет 2,7 Кельвина (−270,4 °C). Это и есть самая низкая естественная температура во Вселенной.
Откуда оно взялось? Представьте себе молодую Вселенную, которой всего около 400 000 лет. В то время она была горячим, плотным и непрозрачным «супом» из протонов, электронов и фотонов. Свет (фотоны) не мог свободно лететь, постоянно натыкаясь на свободные электроны. Но по мере расширения и остывания Вселенной электроны наконец «прилипли» к протонам, образовав первые атомы водорода. Пространство внезапно стало прозрачным, и фотоны, которые были «заперты» в плазме, устремились во все стороны.
Именно эти фотоны мы и регистрируем сегодня. За 13,8 миллиарда лет своего путешествия они сильно «постарели» и остыли из-за непрекращающегося расширения Вселенной. Их энергия упала, а длина волны увеличилась. Изначально, в момент своего освобождения, это излучение имело температуру около 3000 K. Сегодня — всего 2,7 K. И поскольку Вселенная продолжает расширяться, она продолжает остывать.
А что насчёт человека? Замёрзнуть или… что-то похуже?
И вот здесь мы подходим к главному мифу. Что же случится с несчастным астронавтом в открытом космосе? Он не замёрзнет мгновенно. Почему?
Вспомним физику: чтобы остыть, ваше тело должно отдать тепло. На Земле это происходит быстро — через контакт с холодным воздухом (конвекция) или поверхностями (теплопроводность). Но в вакууме эти механизмы не работают. Единственный способ избавиться от тепла — это излучение. А это очень медленный процесс. Ваше тело, имея температуру 36,6 °C, будет терять тепло в ледяную пустоту крайне неохотно.
Гораздо раньше, буквально за секунды, сработает другой, куда более жуткий эффект. В отсутствие внешнего давления жидкости в вашем теле — кровь, слюна, слёзы — мгновенно закипят. Этот процесс называется эбуллизм. Последствия будут быстрыми и фатальными.
Так что космос убьёт вас не холодом. Он убьёт вас пустотой. А холод — это лишь фоновая музыка этой вечной и величественной тишины, древний шёпот рождения мира, который становится всё тише с каждым мгновением.