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为何太空那么冷

2018-01-18那拉

读者·校园版 2018年3期
关键词:宇航服原子恒星

那拉

我们常常在电影中看到,走出宇宙飞船的人类如果没有任何防护服的保护,要么被迅速冻僵、冻死,尸体稍遇微尘即化为粉尘;要么身体会因为太空中的各种射线辐射而变得千疮百孔。比如电影《银河护卫队》中那位养父勇度的死,想必令很多人记忆犹新。

太空中有辐射这一点不难理解,可为何太空还会冷得冻死人呢?不是有许多恒星像太阳一样在熊熊燃烧吗?各种星星不是都在高速运动吗?太空中那么“热闹”,应该很热才对吧?

太空是有温度的

严格意义上讲,温度衡量的是原子和分子的运动速度。一个物体有温度,是因为构成它的原子和分子在加速运动,而这个过程中产生了热量。

太空中的物体只要是由原子和分子构成的,例如行星、恒星、尘云、宇宙飞船和航天员,都是有温度的。而太空本身没有温度,是因為它并不是由原子和分子构成的——这个说法也不够准确,即便“空空如也”的太空,也有原子存在,只是不太多。在远离恒星和行星的宇宙空间中,有着非常稀薄的气体,大约一茶匙空间中有一个原子。不过这个数值,与地球大气层中每一茶匙空气中就有超过1020个原子的数值相比,几乎可以等同于无。

但太空中因为有这样微量的原子——也可以说是有这种非常稀薄的气体,所以也是有温度的:大概是绝对零度以上3℃。“绝对零度”是目前已知的最低温度,它只存在于分子和原子完全停止运动时。

因此,利奇菲尔德在《太阳那么热,为何太空那么冷》一文中说,若要学究式地精准表达问题,事实上“太空太冷”的说法应该这样说:“太空中的气体为何是冷的?”回答则是:“因为太空太大了。”

宇航服要抗热也要抗冷

太空真的太大了。两颗恒星之间的距离得用“光年”来计算,比如如果一位宇航员飘浮在太阳与离它最近的恒星比邻星中间,那么他距这两颗恒星都约有2.1光年的距离。一个人能从一颗距其2.1光年的恒星那里得到多少热量呢?其实不多!经过一番计算,我们目前得到的数字是0.000000076瓦。

你可能想问:“离太阳近的地方应该会很热,为何太阳“附近”的太空也是冷的?”

其实,这要看这个“附近”的距离是多少。

我们首先要明白,热传递主要有3种方式:热传导、对流和辐射。前面的两种都需要介质,即固体和流体,而对流的介质是流体。在太空中,因为物质稀少,彼此的距离也足够远,热传递基本上只靠辐射,即电磁波传导的热辐射。而太阳辐射主要是通过电磁波与粒子流。

如果一个人在地球表面,距离太阳仅1.5亿公里,那么,太阳的热量可以通过热辐射达到每平方米1368瓦。所以当我们在地球上被阳光直射,只会感觉到暖暖的。如果一个人在月球上,当月球到达近日点,月球表面的温度甚至可达到127℃。如果一个人乘宇宙飞船来到太空,在离太阳更近一些的地方,他就需要宇航服的保护了。

说到这儿,就有一个很有趣的地方:宇航服除了保护宇航员的身体不暴露在真空中被辐射灼伤,也要保护他们不被太阳烤焦,还要保护他们不被冻僵。只是到底什么时候他们可能被烤焦,什么时候可能被冻僵呢?

这又回到了太空很“冷”的问题上。在太空中,一旦离开像太阳一样的恒星的热辐射范围,人体本身就成了一个热辐射源——人体的热量会立刻通过太空中的射线向外辐射,人体自然就会很快被冻僵甚至冻成冰块。而在地球上,之所以我们就算走到没有太阳直射的阴影处,身体依然能保留大部分热量,那是因为我们周围有空气,大气层中存有大量的热量,让我们始终处于“热浴”之中。endprint

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