為何太空那么冷

那拉

我們常常在電影中看到，走出宇宙飛船的人類(lèi)如果沒(méi)有任何防護(hù)服的保護(hù)，要么被迅速凍僵、凍死，尸體稍遇微塵即化為粉塵；要么身體會(huì)因?yàn)樘罩械母鞣N射線輻射而變得千瘡百孔。比如電影《銀河護(hù)衛(wèi)隊(duì)》中那位養(yǎng)父勇度的死，想必令很多人記憶猶新。

太空中有輻射這一點(diǎn)不難理解，可為何太空還會(huì)冷得凍死人呢？不是有許多恒星像太陽(yáng)一樣在熊熊燃燒嗎？各種星星不是都在高速運(yùn)動(dòng)嗎？太空中那么“熱鬧”，應(yīng)該很熱才對(duì)吧？

太空是有溫度的

嚴(yán)格意義上講，溫度衡量的是原子和分子的運(yùn)動(dòng)速度。一個(gè)物體有溫度，是因?yàn)闃?gòu)成它的原子和分子在加速運(yùn)動(dòng)，而這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生了熱量。

太空中的物體只要是由原子和分子構(gòu)成的，例如行星、恒星、塵云、宇宙飛船和航天員，都是有溫度的。而太空本身沒(méi)有溫度，是因?yàn)樗⒉皇怯稍雍头肿訕?gòu)成的——這個(gè)說(shuō)法也不夠準(zhǔn)確，即便“空空如也”的太空，也有原子存在，只是不太多。在遠(yuǎn)離恒星和行星的宇宙空間中，有著非常稀薄的氣體，大約一茶匙空間中有一個(gè)原子。不過(guò)這個(gè)數(shù)值，與地球大氣層中每一茶匙空氣中就有超過(guò)1020個(gè)原子的數(shù)值相比，幾乎可以等同于無(wú)。

但太空中因?yàn)橛羞@樣微量的原子——也可以說(shuō)是有這種非常稀薄的氣體，所以也是有溫度的：大概是絕對(duì)零度以上3℃?！敖^對(duì)零度”是目前已知的最低溫度，它只存在于分子和原子完全停止運(yùn)動(dòng)時(shí)。

因此，利奇菲爾德在《太陽(yáng)那么熱，為何太空那么冷》一文中說(shuō)，若要學(xué)究式地精準(zhǔn)表達(dá)問(wèn)題，事實(shí)上“太空太冷”的說(shuō)法應(yīng)該這樣說(shuō)：“太空中的氣體為何是冷的？”回答則是：“因?yàn)樘仗罅??！?h4>宇航服要抗熱也要抗冷

太空真的太大了。兩顆恒星之間的距離得用“光年”來(lái)計(jì)算，比如如果一位宇航員飄浮在太陽(yáng)與離它最近的恒星比鄰星中間，那么他距這兩顆恒星都約有2.1光年的距離。一個(gè)人能從一顆距其2.1光年的恒星那里得到多少熱量呢？其實(shí)不多！經(jīng)過(guò)一番計(jì)算，我們目前得到的數(shù)字是0.000000076瓦。

你可能想問(wèn)：“離太陽(yáng)近的地方應(yīng)該會(huì)很熱，為何太陽(yáng)“附近”的太空也是冷的？”

其實(shí)，這要看這個(gè)“附近”的距離是多少。

我們首先要明白，熱傳遞主要有3種方式：熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。前面的兩種都需要介質(zhì)，即固體和流體，而對(duì)流的介質(zhì)是流體。在太空中，因?yàn)槲镔|(zhì)稀少，彼此的距離也足夠遠(yuǎn)，熱傳遞基本上只靠輻射，即電磁波傳導(dǎo)的熱輻射。而太陽(yáng)輻射主要是通過(guò)電磁波與粒子流。

如果一個(gè)人在地球表面，距離太陽(yáng)僅1.5億公里，那么，太陽(yáng)的熱量可以通過(guò)熱輻射達(dá)到每平方米1368瓦。所以當(dāng)我們?cè)诘厍蛏媳魂?yáng)光直射，只會(huì)感覺(jué)到暖暖的。如果一個(gè)人在月球上，當(dāng)月球到達(dá)近日點(diǎn)，月球表面的溫度甚至可達(dá)到127℃。如果一個(gè)人乘宇宙飛船來(lái)到太空，在離太陽(yáng)更近一些的地方，他就需要宇航服的保護(hù)了。

說(shuō)到這兒，就有一個(gè)很有趣的地方：宇航服除了保護(hù)宇航員的身體不暴露在真空中被輻射灼傷，也要保護(hù)他們不被太陽(yáng)烤焦，還要保護(hù)他們不被凍僵。只是到底什么時(shí)候他們可能被烤焦，什么時(shí)候可能被凍僵呢？

這又回到了太空很“冷”的問(wèn)題上。在太空中，一旦離開(kāi)像太陽(yáng)一樣的恒星的熱輻射范圍，人體本身就成了一個(gè)熱輻射源——人體的熱量會(huì)立刻通過(guò)太空中的射線向外輻射，人體自然就會(huì)很快被凍僵甚至凍成冰塊。而在地球上，之所以我們就算走到?jīng)]有太陽(yáng)直射的陰影處，身體依然能保留大部分熱量，那是因?yàn)槲覀冎車(chē)锌諝猓髿鈱又写嬗写罅康臒崃?，讓我們始終處于“熱浴”之中。endprint