Kokia šalčiausia vieta kosmose?
Trumpas atsakymas: Šalčiausia mums žinoma natūrali vieta yra Bumerango ūkas – maždaug 1 kelvino (beveik −272 °C) temperatūros dujų debesis. Didžioji dalis tuščios erdvės yra šiltesnė dėl maždaug 2,7 kelvino temperatūros kosminio mikrobangų fono.
Ką tai reiškia?
Kosmosas dažniausiai yra labai tuščias. Tuščioje erdvėje vis dar tvyro mikrobangų švytėjimas, dėl kurio temperatūra nukrenta iki beveik 2,7 kelvino (šiek tiek aukščiau absoliutaus nulio). Bumerango ūkas yra ypatingas dujų debesis, kuris plėsdamasis labai greitai vėsta.
Dėl šio plėtimosi dujos praranda energiją ir nukrenta žemiau foninės temperatūros. Kadangi dujos labai greitai juda į išorę, jos tampa šaltesnės nei daugumoje vietų kosmose. Astronomai šį aušimą dėl plėtimosi vadina „adiabatiniu aušinimu“.
Temperatūra vis dar gerokai viršija absoliutų nulį (0 kelvinų), tačiau tai šalčiausia natūrali vieta, kurią iki šiol radome. Mokslininkai laboratorijose Žemėje taip pat sukuria daug žemesnes temperatūras, tačiau tai nėra natūralios vietos kosmose.
Mokslinis paaiškinimas
Įvardyti dėsniai / principai: Adiabatinis plėtimasis ir pagrindinė termodinamika.
Kai dujos plečiasi negaudamos šilumos iš išorės, jų dalelės praranda energiją ir jų temperatūra krenta. Tai vadinama adiabatiniu aušinimu. Bumerango ūke mirštančios žvaigždės išmestos dujos labai greitai išsiplečia į kosmosą.
Dėl greito plėtimosi dujos atvėsta už aplinkinį kosminį mikrobangų foną (KMF). KMF yra Didžiojo sprogimo likusi šviesa ir nustato įprastą kosmoso fono temperatūrą maždaug ties 2,7 kelvino. Vietiniai skirtumai, pavyzdžiui, sparčiai besiplečiančios dujos, gali padaryti regionus šaltesnius.
Astronomai matuoja temperatūrą stebėdami dujų skleidžiamą šviesą ir radijo bangas. Skirtingos molekulės ir atomai skleidžia šviesą, kurios energija priklauso nuo temperatūros. Lygindami šiuos signalus su fiziniais modeliais, mokslininkai įvertina, koks šaltas yra debesis.
Bumerango ūko stebėjimai radijo ir milimetriniais teleskopais rodo, kad temperatūra yra artima 1 kelvinui, todėl tai yra šalčiausias žinomas gamtos objektas, tačiau laboratoriniai eksperimentai Žemėje pasiekė daug žemesnę temperatūrą.
Kaip mes tai žinome: Teleskopai fiksuoja emisijos linijas ir ryškumą radijo ir milimetrinių bangų ilgiais. Mokslininkai naudoja šiuos signalus ir fizikos modelius temperatūrai apskaičiuoti.
Kasdieniai pavyzdžiai
- Bumerango ūkas: debesis aplink mirštančią žvaigždę, kuris yra itin šaltas, apie 1 kelviną.
- Tarpgalaktinė erdvė: daugiausia tuščia ir skendima maždaug 2,7 kelvino kosminio mikrobangų fono spinduliuotėje.
- Tankūs molekuliniai debesys: šalti žvaigždžių formavimosi regionai, kurių temperatūra yra apie 10–20 kelvinų, kuriuose molekulės išgyvena.
- Šešėliniai krateriai Mėnulyje ir Merkurijuje: labai šalti paviršiai, dešimtys kelvinų nuolatiniame šešėlyje.
Praktinis bandymas
Druskos ir ledo aušinimas
Sauga: Neragaukite mišinio; jei turite jautrią odą, mūvėkite pirštines.
Priemonės
- Ledo kubeliai
- rupi druska
- termometras
- mažas dubenėlis
- popierinis rankšluostis
Žingsniai
- Į dubenėlį įdėkite ledo kubelių ir termometru išmatuokite temperatūrą.
- Ant ledo pabarstykite šaukštą druskos ir švelniai išmaišykite.
- Stebėkite termometrą minutę ar dvi ir užsirašykite naują temperatūrą.
- Apvyniokite dubenėlį popieriniu rankšluosčiu ir pajuskite, koks šaltas jis yra iš išorės.
- Nuvalykite ir nusausinkite termometrą ir dubenėlį. Ką rodo: Druska ištirpdo dalį ledo, o tirpimui sunaudojama energija, todėl mišinys atvėsta – tai rodo, kaip keičiant energiją galima sumažinti temperatūrą.
Svarbūs žodžiai
- Kelvinas: Mokslininkų naudojama temperatūros skalė. 0 kelvinų yra absoliutus nulis – žemiausia įmanoma temperatūra.
- Absoliutus nulis: Žemiausia įmanoma temperatūra, kurioje dalelės juda minimaliai (0 kelvinų).
- Adiabatinis plėtimasis: Aušimas, kuris įvyksta, kai dujos plečiasi negaudamos šilumos iš išorės. Kosminis mikrobangų fonas (KMF): Silpna mikrobangų spinduliuotė, likusi po Didžiojo sprogimo, užpildanti erdvę ir nustatanti foninę temperatūrą.
Trumpi klausimai
Ar Bumerango ūkas yra absoliučiai šalčiausias dalykas pasaulyje?
Tai šalčiausias mums žinomas gamtos objektas, tačiau kai kurios laboratorijos Žemėje gali sumažinti temperatūrą daug.
Ar kas nors gali pasiekti absoliutų nulį?
Ne. Absoliutus nulis yra riba, kurios neįmanoma pasiekti, tik prie jos priartėti.
Ar žmogus galėtų išgyventi tokiose šaltose vietose?
Ne. Erdvė taip pat yra vakuumas, todėl žmonėms išgyventi reikia specialių kostiumų ir šildytuvų.