'為什麼太陽那麼熱,太空卻那麼冷?'

""為什麼太陽那麼熱,太空卻那麼冷?

為什麼太陽那麼熱,太空卻那麼冷?非常好的問題。與地球上溫和的棲息地不同,我們的太陽系充滿了極端的溫度。太陽是一團氣體和火,其核心溫度約為2700萬華氏度,表面溫度為1萬華氏度。與此同時,宇宙背景溫度——當你遠離地球溫暖的大氣層時的空間溫度——徘徊在零下455華氏度。怎麼會這樣呢?

熱量以輻射的形式在宇宙中傳播,輻射是一種能量的紅外波,從較熱的物體轉移到較冷的物體。輻射波激發與之接觸的分子,使它們升溫。這就是熱量從太陽傳播到地球的方式,但問題是輻射只會加熱直接經過的分子和物質。其他一切都很冷。以水星為例:據美國國家航空航天局(NASA)稱,水星夜間的溫度可能比白天受輻射的溫度低1000華氏度。

與之相比,地球上的空氣即使在陰涼處也能保持溫暖,甚至在某些季節,在黑夜中也是如此。這是因為熱量在我們美麗的藍色星球上通過三種方式傳播,而不是僅僅一種:傳導、對流和輻射。當太陽輻射照射到我們大氣中的分子並使其升溫時,它們就把多餘的能量傳遞給周圍的分子。然後這些分子就會撞擊並加熱它們自己的鄰居。這種分子間的熱傳遞被稱為傳導,它是一個鏈式反應,使太陽路徑之外的區域變暖。

然而,空間是一個真空,也就是說它基本上是空的。太空中的氣體分子太少,而且相距太遠,不能有規律地相互碰撞。所以即使太陽用紅外波加熱它們,也不可能通過傳導傳遞熱量。同樣,對流——一種在重力存在下發生的換熱形式——對在地球上分散熱量很重要,但在零重力空間中不會發生。

這些都是NASA DART項目的熱工程師伊麗莎白·阿貝爾在為太空長期航行準備飛行器和設備時所考慮的問題。她說,當她在帕克太陽能探測器上工作時,這一點尤其正確。

帕克太陽探測器是美國宇航局研究太陽任務的一部分。它通過恆星大氣的最外層,即日冕,來收集數據。2019年4月,探測器到達距離火海不到1500萬英里的地方,這是宇宙飛船離太陽最近的一次。探頭一側的隔熱罩使這成為可能。

亞伯說:“隔熱層的作用是確保太陽輻射不會接觸航天器上的任何東西。她說:“因此,雖然隔熱層正在經歷我們的主恆星的極端高溫(大約250華氏度),但是航天器本身要冷得多,大約零下238華氏度。

作為“飛鏢”(一種設計用來與小行星相撞並將其推離軌道的小型航天器)的首席熱工程師,亞伯爾正在採取切實可行的措施來管理外層空間的溫度。冰洞和太陽沸騰的熱量之間極端的溫度變化帶來了獨特的挑戰。航天器的一些部件需要保持足夠的低溫以避免短路,而其他部件則需要加熱元件來保持足夠的溫度以發揮作用。

為數百度的溫度變化做準備可能聽起來很瘋狂,但這就是太空中的情況。真正奇怪的是地球:在極度寒冷和炙熱的環境中,我們的大氣層保持著令人驚訝的溫和——至少現在是這樣。

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