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宇宙中有那么多恒星放出热量,为什么宇宙还是那么寒冷?

 安喜的空间 2020-09-26
地球是一个适合生命生存的星球,其宜居性主要来源于温度。我们每天都要接收来自太阳的辐射能量,也会向外太空辐射出多余的热量,正是这种能量平衡,使地球的平均温度处于一个非常舒适的温度。
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宇宙中有无数个像太阳这样的恒星,它们依靠核聚变释放出能量,为整个宇宙加温。在这些恒星的内部,温度可以达到1500万开尔文,其表面温度也有5800开尔文。但是,尽管有那么多恒星在辐射热量,整个宇宙却是非常寒冷的,它的温度可以低达2.7开尔文。为什么太空会如此寒冷呢?
在物理学中,温度其实是分子的平均动能。分子无规则运动的速度越快,在一定时间内撞击我们的次数也就越多,传递的能量也就越大,此时我们就会感觉到温度越高。同时,增加分子数也能提高温度,因为撞击我们的分子个数变多了。
在宇宙空间中,存在着许多气体和尘埃。太阳光线只加热其路径上的气体或尘埃,另一部分未受恒星热辐射的物质会变得非常寒冷。即使是离太阳最近的水星,在它未接受阳光照射的那一面,它的温度也会达到零下178摄氏度。在太阳系中,科学家测量到的最低温度在月亮的陨石坑中,那里照射不到阳光,温度达到了零下240摄氏度。
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如果我们走出太阳系,往更深的宇宙空间中去,我们会发现那里更寒冷了。在那些地方,气体和尘埃粒子之间的距离大大增加了,限制了传递热量的能力,它们之间只能以热辐射的传递热量。越深入星际空间,粒子越来越稀疏,此时用分子平均动能来表示温度已经没有意义了。我们只能测量宇宙之间的热辐射来确定它的温度,而宇宙背景辐射就是重要来源。
宇宙背景辐射是宇宙大爆炸留下的遗迹。在早期,宇宙的能量是非常高的,这时候宇宙呈现出不透明的样子,因为光会和电离出的电子相互作用,无法向外传播。等温度降下去之后,电子被束缚到原子之中,这时候这些光才得以传播。
不过,由于宇宙空间的膨胀,这些光发生了红移,波长都被拉长了,光子的能量也降低了。科学家根据卫星测得的宇宙微波背景数据,算出它们的温度处于2.7开尔文,基本上接近于绝对零度。
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因此,宇航员的宇航服除了防辐射和加压功能之外,它还有一个很重要的功能,那就是保温。如果没有这层防护,那么宇航员在空间中很容易就会失温。

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