最近你有沒有花時間看星星呢?隨便選一個晴朗的夜晚外出,去凝視廣闊的宇宙,在地球上的大多數地方,你都可以看到2,000-5,000顆恒星。這些恒星會給觀星者留下深刻的印象,但在恒星世界中卻是滄海之一粟。
現在,考慮一下我們太陽系的恒星(太陽),和它有多熱(表面溫度5800開爾文,將近10000華氏度)。這顆恒星離地球大約1.5億千米(約930萬英里),聽起來遠的不可思議。我們知道,如果沒有太陽的加溫,生命是不會出現在地球上的,所以,太陽顯然輸出了大量熱量。
宇宙里有那么多的恒星,釋放的總熱量是難以想象的,人們也許會認為太空是炎熱的,但實際上,太空極為寒冷!這怎么可能?
星系中我們的微小角落
對于這個問題最簡單的解釋是,太空實在太大了,恒星的熱量在傳遞到其他恒星前就消散至接近絕對零度。但,我們還是有趣一點,好好思考一下這個不可否認的現實。
1.5億公里之外的太陽,每秒釋放的能量相當于一萬億顆100萬噸當量的炸彈。即使以宇宙中物體的最高速度——光速(約300000 km/s),太陽光仍需花8分鐘才能到達地球。
如果你想等待來自比鄰星的光(距我們第二近的恒星),你需要等將近4.5年!在離地球12光年的范圍內,只有約25顆恒星,如果用常理看待光年的概念,可以認為1光年約等于9.5萬億公里,所以太陽離我們只有0.000016光年遠。
如果你到目前為止對此還沒什么印象的話,那么,即使是我們銀河系里的小角落實際上也是非常巨大的,在110萬億公里范圍內,任何方向也只有25顆恒星。
圖:智利,阿塔卡馬沙漠里的銀河(圖片來源:ESO/P. Horálek)
再上一個臺階來說,銀河系直徑為10萬光年,包含1000多億顆恒星。可能你不會相信,相比于其他遍布宇宙的星系,有些直徑超過150萬光年,銀河系是渺小的。銀河系與之最近的鄰居(仙女座星系)之間的距離是250萬光年。
對于最終的、令人難以置信的宇宙級規(guī)模,考慮一下這個:科學家估計,可視宇宙在任意方向沿伸460億光年,包含了至少1000億個星系。
很多東西,但是有更多的空間
所有的這些星系和恒星充填太空,空間似乎都應該成桑拿房了,特別是因為我們熾熱的太陽只是一個中等大小的黃色矮星。有些質量比太陽大60倍的恒星,表面溫度接近45000華氏度。
但實際上,可視宇宙中最尋常的溫度是2.7 K(約-450華氏度)。最低的熱力學溫度是0 K(也就是絕對零度),意味著大部分的宇宙的溫度都是接近其物理學極限的。
重要的是要理解空間本身并不像我們理解的那樣“冷”,空間只是很空。如果整個宇宙是一個邊長300億光年的立方體,那么其中所有物質都可以放入邊長只有1000光年的立方體中。
輻射VS.距離
在絕對真空中,溫度是不存在的,因為沒有分子來產生熱量。然而,熱量可以通過輻射(光能,包括可見光譜)傳遞。
當輻射從太陽釋放進入太空,其輻射強度約為6400萬瓦每平方米。當能量到達地球時,輻射強度僅有1370瓦美平方米了。我會幫你計算然后告訴你太陽光到達地球時的強度比原來低了47000倍。
要記住,這樣巨額的能量衰減發(fā)生在0.000016光年的距離上!例如冥王星,它距離太陽約58.7億公里,這個幾乎不受太陽輻射的行星的表面溫度,只比絕對零度高33度!一旦離開太陽系,幾乎所有的太陽輻射都消失了!
在我們銀河系中恒星之間的空間,輻射能量消散的更厲害,使星際氣體和塵埃的平均溫度在絕對零度以上大約10度。宇宙中的最低溫度(2.7 K)是在星系和宇宙的“空白點”之間巨大的空隙中發(fā)現的。2.7開爾文是“宇宙微波背景輻射”的溫度,這個輻射是宇宙大爆炸的殘余,至今仍在宇宙中散播,使宇宙的溫度剛好保持在絕對零度以上。
太空中的一次暑假?
正如這篇文章所說,空間不冷不熱,它只是太大了,來自遠處的輻射不足以使物體升溫,這意味著物體中任何熱量都會向外輻射,從而使其感到“冷”。如果你繞著一顆熾熱的恒星低軌道運行,你一定能曬到太陽,還能度過一個安逸的假期。
然而,當你深入空間那幾近無限的空虛中,到達的輻射越來越少,空間那冰冷的本性就會逐漸顯現出來。
參考資料
1.Wikipedia百科全書
2.天文學名詞
3. sciabc- blue feather
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