Mặc dù các bộ phim khoa học viễn tưởng sẽ khiến chúng ta tin rằng không gian cực kỳ lạnh – thậm chí đóng băng – bản thân không gian không chính xác là lạnh. Trên thực tế, nó không thực sự có nhiệt độ.

Nhiệt độ là phép đo tốc độ mà các hạt chuyển động và nhiệt là năng lượng mà các hạt của một vật thể có. Vì vậy, trong một vùng không gian thực sự trống rỗng, sẽ không có hạt và bức xạ, nghĩa là cũng không có nhiệt độ.

Tất nhiên, không gian chứa đầy các hạt và bức xạ để tạo ra nhiệt và nhiệt độ. Vậy không gian lạnh đến mức nào, có vùng nào thực sự trống rỗng, và có vùng nào nhiệt độ giảm xuống mức không tuyệt đối không?

Làm thế nào các ngôi sao đang làm nóng không gian

Các vùng nóng nhất của không gian ngay lập tức xung quanh các ngôi sao, nơi chứa tất cả các điều kiện để khởi động phản ứng tổng hợp hạt nhân.

Mọi thứ thực sự nóng lên khi bức xạ từ một ngôi sao đến một điểm trong không gian có rất nhiều hạt. Điều này tạo ra bức xạ từ các ngôi sao như mặt trời một cái gì đó để thực sự hành động.

Đó là lý do tại sao Trái đất ấm hơn rất nhiều so với khu vực giữa hành tinh của chúng ta và ngôi sao của nó. Nhiệt đến từ các hạt trong bầu khí quyển của chúng ta dao động với năng lượng mặt trời và sau đó va chạm vào nhau phân phối năng lượng này.

Tuy nhiên, sự gần gũi với ngôi sao của chúng ta và các hạt sở hữu không đảm bảo cho sự ấm áp. Sao Thủy – gần mặt trời nhất – nóng rực vào ban ngày và lạnh đến rợn người vào ban đêm. Nhiệt độ của nó giảm xuống mức thấp nhất là 95 Kelvins (-288 ⁰Fahrenheit / -178 ⁰C).

Nhiệt độ giảm xuống -371 ⁰F (-224 ⁰C) khi bật Sao Thiên Vươnglàm cho nó thậm chí còn lạnh hơn trên hành tinh xa nhất từ ​​mặt trời, sao Hải vươngcó nhiệt độ bề mặt vẫn cực kỳ lạnh là -353 ⁰F (-214 ⁰C).

Đây là kết quả của một vụ va chạm với một vật thể có kích thước bằng Trái đất trong thời kỳ đầu tồn tại khiến Sao Thiên Vương quay quanh mặt trời theo một độ nghiêng cực độ, khiến nó không thể bám được nhiệt bên trong.

Các hạt ở xa các ngôi sao lan rộng đến mức không thể truyền nhiệt qua bất kỳ thứ gì ngoại trừ bức xạ, có nghĩa là nhiệt độ giảm hoàn toàn. Vùng này được gọi là môi trường giữa các vì sao.

Những đám mây khí phân tử lạnh nhất và dày đặc nhất trong môi trường giữa các vì sao có thể có nhiệt độ 10 K (-505 ⁰F / -263 ⁰C hoặc) trong khi những đám mây ít đặc hơn có thể có nhiệt độ cao tới 100 K (-279 ⁰F / -173 ⁰C).

Bức xạ phông vũ trụ là gì?

Vũ trụ rất rộng lớn và chứa đầy vô số vật thể như vậy, một số vật thể nóng đến mức phồng rộp, một số khác lại lạnh lẽo không thể tưởng tượng nổi, đến mức không thể cung cấp cho không gian một nhiệt độ duy nhất.

Tuy nhiên, có một thứ gì đó thấm vào toàn bộ vũ trụ của chúng ta với nhiệt độ đồng nhất đến 1 phần 100.000. Trên thực tế, sự khác biệt không đáng kể đến mức sự thay đổi giữa điểm nóng và điểm lạnh chỉ là 0,000018 K.

Đây được gọi là nền vi sóng vũ trụ (CMB) và nó có nhiệt độ đồng nhất là 2,7 K (-45⁰F / -270⁰C). Vì 0 K là độ không tuyệt đối, đây là nhiệt độ chỉ cao hơn độ không tuyệt đối 2,725 độ.

CMB là tàn tích còn sót lại sau một sự kiện xảy ra chỉ 400.000 sau vụ nổ Big Bang được gọi là sự phân tán cuối cùng. Đây là thời điểm mà vũ trụ không còn mờ đục sau khi các electron liên kết với proton tạo thành nguyên tử hydro, điều này ngăn các electron khỏi ánh sáng tán xạ vô tận và cho phép các photon tự do di chuyển.

Như vậy, di tích hóa thạch này “đóng băng” trong vũ trụ đại diện cho điểm cuối cùng khi vật chất và các photon được căn chỉnh về mặt nhiệt độ.

Các photon tạo nên CMB không phải lúc nào cũng lạnh như vậy, mất khoảng 13,8 tỷ năm để tiếp cận chúng ta, sự mở rộng của Vũ trụ đã làm dịch chuyển đỏ những photon này xuống mức năng lượng thấp hơn.

Bắt nguồn từ khi vũ trụ dày đặc và nóng hơn nhiều so với hiện tại, nhiệt độ ban đầu của bức xạ tạo nên CMB được ước tính là khoảng 3.000 K (5.000 ° F / 2.726⁰C).

Khi vũ trụ tiếp tục giãn nở, điều đó có nghĩa là không gian bây giờ lạnh hơn bao giờ hết và ngày càng lạnh hơn.

Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn tiếp xúc với không gian?

Nếu một phi hành gia bị bỏ lại để trôi dạt một mình trong không gian thì việc tiếp xúc với không gian gần như chân không không thể đóng băng một phi hành gia như thường được miêu tả trong khoa học viễn tưởng.

Có ba cách để truyền nhiệt, dẫn truyền, xảy ra khi chạm vào, đối lưu xảy ra khi chất lỏng truyền nhiệt và bức xạ xảy ra thông qua bức xạ.

Sự dẫn điện và đối lưu không thể xảy ra trong không gian trống do thiếu vật chất và quá trình truyền nhiệt xảy ra chậm chỉ bằng các quá trình bức xạ. Điều này có nghĩa là nhiệt không truyền nhanh trong không gian.

Vì sự đóng băng đòi hỏi sự truyền nhiệt, một phi hành gia tiếp xúc – mất nhiệt chỉ thông qua các quá trình bức xạ – sẽ chết vì giải nén do thiếu bầu khí quyển nhanh hơn nhiều so với việc họ chết cóng.

Tài nguyên bổ sung

Để biết thêm thông tin về các đặc tính của không gian, hãy xem “Vật lý thiên văn cho những người vội vàng (mở trong tab mới)“của Neil deGrasse Tyson và” Origins of the Universe: The Cosmic Microwave Background and the Search for Quantum Gravity (mở trong tab mới)“của Keith Cooper.