為什麼太陽這麼熱而宇宙這麼冷？

作者：Donavyn Coffey

為啥太陽這麼熱宇宙還這麼冷？這個問題太棒了。不像我們的地球，太陽系裡的溫度其實很極端。太陽是一團氣體和火，其核心大約為1482萬攝氏度，其表面大約為5538攝氏度。與此同時，宇宙背景溫度——一旦你遠離地球的溫和大氣層，宇宙空間的溫度會在-270.5攝氏度左右徘徊。這怎麼可能？

熱量在宇宙中以輻射形式傳播，紅外波能量從較熱的物體遷移到較冷的物體。輻射波激發它們接觸的分子，使它們升溫。這就是熱量從太陽傳播到地球的方式，但問題在於，輻射只會加熱直接在其路徑上的分子和物質，其他一切都保持寒冷。根據NASA的數據，水星的夜間溫度可能比暴露於輻射的日間溫度低約538攝氏度。

相比之下，即使你在陰涼處——甚至在某些季節，在黑夜中，你周圍的空氣也會保持溫暖，那是因為熱量通過三種方法而不僅僅是一種方法穿過我們美麗的藍色星球：傳導、對流和輻射。當太陽的輻射擊中並加熱我們大氣中的分子時，它們會將額外的能量傳遞給它們周圍的分子。然後這些分子撞到並加熱他們的分子鄰居。這種從分子到分子的熱傳遞稱為傳導，它是一種連鎖反應，可以加熱太陽路徑以外的區域。

然而，空間是真空 - 意味著它基本上是空的。太空中的氣體分子太少而且相隔很遠，以至於不會經常相互碰撞。因此，即使太陽用紅外波加熱它們，也不可能通過傳導來傳遞熱量。類似地，對流 - 一種在重力作用下發生的傳熱形式 - 對於散布地球的溫暖很重要，但在真空中不會發生。

這些是NASA的DART項目的熱工程師伊麗莎白·阿貝爾在為太空長途航行準備車輛和設備時的想法。她負責帕克太陽能探測器的工作。

帕克探測器你應該有所耳聞，是NASA探測太陽任務的一部分。它會觀測太陽大氣的最外層(稱為日冕)進行放大，收集數據。2019年4月，探測器距離太陽2414萬公里，這是距離太陽最近的探測器，在探頭一側的隔熱罩使它可以達到這個距離。

「這個隔熱罩是為了確保沒有任何太陽輻射會接觸探測器。」因此，隔熱板前面是極端高溫(大約121攝氏度)，而太空船本身的溫度偏低，只有-150攝氏度。

作為DART另一個項目- 一個小型航天器，設計用於與小行星碰撞並改變其軌道 - 的主要熱工程師，阿貝爾正在採取實際步驟來管理深空溫度。冰冷的宇宙空間和太陽的極端高溫之間的溫度的極端變化帶來了獨特的挑戰。航天器的某些部分需要保持足夠冷卻以避免短路，而其他部分需要加熱元件以使其保持足夠溫暖以正常運轉。

處理數百度的溫度變化可能聽起來很瘋狂，但這只是太空中的家常便飯。真正奇怪的是地球：在極端寒冷和火熱的溫度之間，我們的大氣層令人驚訝地保持溫和 - 至少目前如此。

本文譯自 popsci，由譯者 HW 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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