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为什么太阳这么热而宇宙这么冷?

为啥太阳这么热宇宙还这么冷?这个问题太棒了。不像我们的地球,太阳系里的温度其实很极端。太阳是一团气体和火,其核心大约为1482万摄氏度,其表面大约为5538摄氏度。与此同时,宇宙背景温度——一旦你远离地球的温和大气层,宇宙空间的温度会在-270.5摄氏度左右徘徊。这怎么可能?

热量在宇宙中以辐射形式传播,红外波能量从较热的物体迁移到较冷的物体。辐射波激发它们接触的分子,使它们升温。这就是热量从太阳传播到地球的方式,但问题在于,辐射只会加热直接在其路径上的分子和物质,其他一切都保持寒冷。根据NASA的数据,水星的夜间温度可能比暴露于辐射的日间温度低约538摄氏度。

相比之下,即使你在阴凉处——甚至在某些季节,在黑夜中,你周围的空气也会保持温暖,那是因为热量通过三种方法而不仅仅是一种方法穿过我们美丽的蓝色星球:传导、对流和辐射。当太阳的辐射击中并加热我们大气中的分子时,它们会将额外的能量传递给它们周围的分子。然后这些分子撞到并加热他们的分子邻居。这种从分子到分子的热传递称为传导,它是一种连锁反应,可以加热太阳路径以外的区域。

然而,空间是真空 – 意味着它基本上是空的。太空中的气体分子太少而且相隔很远,以至于不会经常相互碰撞。因此,即使太阳用红外波加热它们,也不可能通过传导来传递热量。类似地,对流 – 一种在重力作用下发生的传热形式 – 对于散布地球的温暖很重要,但在真空中不会发生。

这些是NASA的DART项目的热工程师伊丽莎白·阿贝尔在为太空长途航行准备车辆和设备时的想法。她负责帕克太阳能探测器的工作。

帕克探测器你应该有所耳闻,是NASA探测太阳任务的一部分。它会观测太阳大气的最外层(称为日冕)进行放大,收集数据。2019年4月,探测器距离太阳2414万公里,这是距离太阳最近的探测器,在探头一侧的隔热罩使它可以达到这个距离。

“这个隔热罩是为了确保没有任何太阳辐射会接触探测器。”因此,隔热板前面是极端高温(大约121摄氏度),而太空船本身的温度偏低,只有-150摄氏度。

作为DART另一个项目- 一个小型航天器,设计用于与小行星碰撞并改变其轨道 – 的主要热工程师,阿贝尔正在采取实际步骤来管理深空温度。冰冷的宇宙空间和太阳的极端高温之间的温度的极端变化带来了独特的挑战。航天器的某些部分需要保持足够冷却以避免短路,而其他部分需要加热元件以使其保持足够温暖以正常运转。

处理数百度的温度变化可能听起来很疯狂,但这只是太空中的家常便饭。真正奇怪的是地球:在极端寒冷和火热的温度之间,我们的大气层令人惊讶地保持温和 – 至少目前如此。

本文译自 popsci

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