Везде ли в космосе холодно?

Когда мы представляем космос, то представляем его черным, пустым… и холодным конечно же. В самом деле, если температура на планетах удаленных от Солнца гораздо ниже нуля, то и в космосе, который окружает эти планеты, также должно быть ужасно холодно!

Однако стоит заглянуть в серьезные книги касающиеся структуры и состава межзвездного вещества, и на глаза вам обязательно попадутся «крамольные» сведения, например о том, что что температура газовых туманностей подчас измеряется многими тысячами кельвинов. Прочитав это, легко впасть в недоумение — неужели в межзвездном пространстве господствует жара не меньшая, чем на поверхности звезд? Или это только в некоторых местах космоса «жарко», а в других «холодно»?

Одним словом, широко распространенное мнение об ужасающем холоде космоса оказывается как будто-то бы несколько преувеличенным. Парадокс!

На самом деле суть данного парадокса заключается в многообразном значении слова «температура». Кажущееся простым и очевидным, это понятие на самом деле весьма сложно. Одним и тем же словом «температура» астрофизики и мы, «обычные граждане» в разных случаях именуем совершенно разные вещи.

Для нас температура это то самое «горячо» или «холодно». В астрофизике же температурой называют физическую величину, которая характеризует распределение энергии между движущимися частицами вещества. Звучит немного непонятно? Давайте разберемся!

Какая температура в космосе - жарко там или холодно

Со стороны звездные туманности напоминают земные облака, но на самом деле концентрация газа в них такова, что 1 молекула газа попадается на несколько десятков кубических километров пространства! Даже будь эта молекула горячее Солнца, её энергии не хватило бы, чтобы согреть всё это гигантское пространство.

Как правильно измерить температуру в космосе?

В житейской практике под температурой понимают некоторую величину, которая характеризует среднюю кинетическую энергию (т. е. энергию движения) молекул данного тела. Для измерения такого рода температуры можно воспользоваться обычным градусником.

Опуская градусник в теплую ванну, мы видим, как ртутный столбик термометра, медленно поднимаясь, наконец останавливается на определенном делении. Что же при этом происходит?

Если вода в ванне нагрета сильнее, чем окружающий воздух и термометр, это значит, что молекулы воды движутся в среднем быстрее, чем частицы термометра.



Когда термометр опущен в воду, энергия движения молекул воды постепенно передается через стеклянную оболочку термометра заключенной в нем ртути. Механизм передачи состоит в сущности в том, что энергичные молекулы воды, ударяясь о медлительные частицы стеклянной трубки термометра, «расталкивают» и «тормошат» последние настолько, что в конце концов все усиливающаяся толчея частиц охватывает и ртуть.

Только тогда, когда частицы ртути термометра начнут двигаться с такой же средней кинетической энергией, как и молекулы нагретой воды, процесс передачи тепла от горячего к холодному прекратится. Равенство энергии и выразится в равенстве температуры воды и термометра, столбик которого застынет на определенном делении.

Подобным образом измерить температуру газовой туманности нельзя. Дело здесь, конечно, не только в невозможности погрузить термометр в туманность. Само понятие температуры в этом случае, очевидно, должно быть сформулировано иначе.

Газовые туманности — это фактически смесь огромного количества атомов, ионов, электронов, да и молекул.

Обо всем этом нам рассказывает свет, излучаемый туманностью. Исследуя их, можно сказать, насколько сильно ионизированы атомы туманности и как быстро (в среднем) движутся в ней свободные электроны. В первом случае астрофизики употребляют величину, называемую ими ионизационной температурой, во втором — электронной температурой. Ионизационная температура характеризует степень ионизации атомов туманности. Электронная температура есть мера энергии движения находящихся в туманности электронов.

Именно эти температуры имеют в виду астрофизики, когда говорят, что туманность «накалена» до нескольких тысяч градусов.

Если бы возможно было поместить внутрь туманности самый обыкновенный градусник, его температура быстро упала бы почти до абсолютного нуля. Как же согласовать между собой это странное явление и высокую температуру туманности?

«Жара» туманности никак не отразится на градуснике. Концентрация частиц в туманности очень мала, поэтому их столкновения с градусником будут происходить крайне редко. Они просто не успеют «разогреть» градусник — остывать (то есть отдавать свое тепло) он будет быстрее! Не почувствовали бы никакой жары и мы, если бы вдруг очутились внутри туманности. Физиологическое ощущение тепла связано с энергией движения молекул нашего тела, но редкие удары атомов и электронов туманности практически никак не изменят кинетическую энергию молекул тела.

Наоборот, непрерывно излучая тепло, мы быстро охладимся, как и термометр, и вместо жары почувствуем невообразимый холод межзвездных пространств. «Леденящая жара» оказывается совсем не таким бессмысленным выражением, как, например, «деревянное железо».

Так какова же все-таки температура межзвездного пространства? Господствуют ли там холода, по сравнению с которыми морозы Антарктиды покажутся тропической жарой, или нагреваемый излучением звезд космический корабль будущего будет странствовать при вполне приемлемом температурном режиме?

Пространство само по себе не может иметь какую-либо температуру. Последняя есть мера энергии движущихся частиц некоторого тела.

Понятие «температура межзвездного пространства» употребляется астрономами в некотором условном смысле.

Так называют температуру, до которой нагрелся бы небольшой черный шарик, поглощающий все падающие на него лучи, если бы мы поместили его где-нибудь посреди звезд на примерно одинаковом удалении от них. Расчеты показывают, что, «впитывая» в себя все излучение звезд такой шарик смог бы нагреться до температуры, всего на два кельвина большей абсолютного нуля. Это и есть «температура мирового пространства».

И если придерживаться обычного, житейского понимания температуры и опираться на физиологические ощущения горячего и холодного, то в таком случае приходится считать газовую межзвездную среду весьма холодной, несмотря на те тысячи градусов, о которых говорят астрофизики.


Список источников литературы