Какая температура в космосе?

Строение атмосферы Земли и изменение температурного режима

Говоря о температуре на орбите земли, отметим, что ее окружает атмосфера, состоящая из нескольких отличных по составу слоев:

1. Нижний слой – тропосфера (примерно до 10 км над Землей), в которой t постепенно снижается — примерно на 0,65º каждые 100 м.
2. Следующий слой – промежуточный, в котором t остается примерно на одном уровне, перестает снижаться.
3. Стратосфера располагается на расстоянии 11-50 км от земной поверхности. На расстоянии 11-25 от Земли км воздух остывает до –56,5ºС, а затем, за пределами 25 км, начинает нагреваться, и достигает примерно 0ºС. В слое от 40 до 55 км температурный режим не меняется – этакий промежуточный слой.
4. В мезосфере, простирающейся от 50 до 80-90 км от Земли, t начинает понижаться – на 0,25-0,5º на 100 м.
5. Примерно на линии 100 км от Земли находится Линия Кармана, условно ее принято считать переходом от атмосферы к космосу. Температура – примерно –90ºС.
6. Термосфера простирается до 800 км над Землей. До высоты в 200-300 км температура в открытом космосе по Цельсию растет и достигает 1230º.
7. Далее простирается экзосфера, характеризующаяся сильной разреженностью газа – так называемая сфера рассеяния.

Технический вакуум

Турбомолекулярный насос в разрезе.

На практике сильно разреженный газ называют техническим вакуумом. В макроскопических объёмах идеальный вакуум недостижим на практике, поскольку при конечной температуре все материалы обладают ненулевой плотностью насыщенных паров. Кроме того, многие материалы (в частности толстые металлические, стеклянные и иные стенки сосудов) пропускают газы. В микроскопических объёмах, однако, достижение идеального вакуума в принципе возможно.

Мерой степени разрежения вакуума служит длина свободного пробега молекул газа λ{\displaystyle \lambda }, связанной с их взаимными столкновениями в газе, и характерного линейного размера d{\displaystyle d} сосуда, в котором находится газ.

Строго говоря, техническим вакуумом называют газ в сосуде или трубопроводе с давлением ниже, чем в окружающей атмосфере. Согласно другому определению, когда молекулы или атомы газа перестают сталкиваться друг с другом, и газодинамические свойства сменяются вязкостными (при давлении около 1 мм рт.ст.), говорят о достижении низкого вакуума (λ≪d{\displaystyle \lambda \ll d}; 1016 молекул на 1 см³). Обычно между атмосферным воздухом и высоковакуумным насосом стоит так называемый форвакуумный насос, создавая предварительное разрежение, поэтому низкий вакуум часто называют форвакуум. При дальнейшем понижении давления в камере увеличивается средняя длина свободного пробега λ{\displaystyle \lambda } молекул газа. При λd≫1{\displaystyle \lambda /d\gg 1} молекулы газа гораздо чаще сталкиваются со стенками, чем друг с другом. В этом случае говорят о высоком вакууме (10−5 мм рт.ст.; 1011 молекул на 1 см³). Сверхвысокий вакуум соответствует давлению 10−9 мм рт.ст. и ниже. В сверхвысоком вакууме, например, обычно проводятся эксперименты с использованием сканирующего туннельного микроскопа. Для сравнения, давление в космосе на несколько порядков ниже — 109 молекул на 1 см³ (миллиард молекул в кубическом сантиметре), в дальнем же космосе и вовсе может достигать 10−16 мм рт.ст. и ниже (1 молекула на 1 см³).

Высокий вакуум в микроскопических порах некоторых кристаллов и в ультратонких капиллярах достигается уже при атмосферном давлении, поскольку диаметр поры/капилляра становится меньше, чем длина свободного пробега молекулы, равная в воздухе при нормальных условиях ~60 нанометрам.

Аппараты, используемые для достижения и поддержания вакуума, называются вакуумными насосами. Для поглощения газов и создания необходимой степени вакуума используются геттеры. Более широкий термин вакуумная техника включает также приборы для измерения и контроля вакуума, манипулирования предметами и проведения технологических операций в вакуумной камере и т. д. Высоковакуумные насосы являются сложными техническими приборами. Основные типы высоковакуумных насосов — это диффузионные насосы, основанные на увлечении молекул остаточных газов потоком рабочего газа, геттерные, ионизационные насосы, основанные на внедрении молекул газа в геттеры (например, титан) и криосорбционные насосы (в основном, для создания форвакуума).

Стоит отметить, что даже в идеальном вакууме при конечной температуре всегда имеется некоторое тепловое излучение (газ фотонов). Таким образом, тело, помещённое в идеальный вакуум, рано или поздно придёт в тепловое равновесие со стенками вакуумной камеры за счёт обмена тепловыми фотонами.

Вакуум является хорошим термоизолятором; перенос тепловой энергии в нём происходит лишь за счёт теплового излучения, конвекция и теплопроводность исключены. Это свойство используется для теплоизоляции в термосах (сосудах Дьюара), состоящих из ёмкости с двойными стенками, пространство между которыми вакуумировано.

Вакуум широко применяется в электровакуумных приборах — радиолампах (например, магнетронах микроволновых печей), электронно-лучевых трубках и т. п.

Историческая справка

Интересно отметить, что понятие «абсолютный вакуум» полностью отвергалось известными древнегреческими философами, например Аристотелем. Кроме того, о существовании атмосферного давления не было известно до начала XVII века. Только с приходом Нового времени начали проводиться эксперименты с трубками, наполненными водой и ртутью, которые показали, что земная атмосфера оказывает давление на все окружающие тела. В частности, в 1648 году Блез Паскаль смог измерить с помощью ртутного барометра давление на высоте 1000 метров над уровнем моря. Измеренное значение оказалось намного меньшим, чем на уровне моря, тем самым ученый доказал существование атмосферного давления.

Впервые эксперимент, который явно продемонстрировал силу атмосферного давления, а также подчеркнул концепцию вакуума, был проведен в Германии в 1654 году, в настоящее время он известен под названием «эксперимент с магдебургскими сферами». В 1654 году немецкий физик Отто фон Герике смог плотно соединить две металлические полусферы диаметром всего 30 см, а затем выкачал из полученной конструкции воздух, создав тем самым частичный вакуум. История повествует, что две упряжки по 8 лошадей в каждой, которые тянули в противоположные стороны, не смогли разъединить эти сферы.

Абсолютный вакуум: существует ли он?

Иными словами, существует ли место в пространстве, которое бы не содержало никакой материи. Современные технологии позволяют создать вакуум 10-10 Па и даже меньше, однако это абсолютное давление не означает, что в рассматриваемой системе не остается частиц материи.

Обратимся теперь к самому пустому пространству во Вселенной — к открытому космосу. Какое давление в вакууме космоса? Давление в космическом пространстве вокруг Земли составляет 10-8 Па, при этом давлении существует около 2 млн молекул в объеме 1 см3. Если говорить о межгалактическом пространстве, то по оценкам ученых даже в нем существует как минимум 1 атом в объеме 1 см3. Более того, наша Вселенная пронизана электромагнитным излучением, носителями которого являются фотоны. Электромагнитное излучение — это энергия, которую можно перевести в соответствующую массу по знаменитой формуле Эйнштейна (E = m*c2), то есть энергия, наряду с веществом, является состояние материи. Отсюда следует вывод, что абсолютного вакуума в известной нам Вселенной не существует.

Где начинается космос

Нельзя точно сказать с какой высоты начинается космическое пространство. Международная авиационная федерация определяет край пространства на высоте 100 км над уровнем моря, линия Кармана.

Нужно, чтобы летательный аппарат двигался с первой космической скоростью, тогда будет достигнута подъемная сила. ВВС США определили высоту в 50 миль (около 80 км), как начало пространства.

Обе высоты предложены в качестве пределов верхних слоёв атмосферы. На международном уровне определения края пространства не существует.

Линия Кармана Венеры расположена примерно в 250 км высоты, Марса около 80 километров. У небесных тел, которые не имеют, или почти не имеют никакой атмосферы, такие как Меркурий, Луна Земли или астероид, пространство начинается прямо на поверхности тела.

При повторном входе космического аппарата в атмосферу определяют высоту атмосферы для расчета траектории так, чтобы к точке повторного входа ее влияния было минимальным. Как правило, повторно начальный уровень, равен или выше, чем линия Карманы. НАСА использует значение 400000 футов (около 122 км).

Исследования

Люди начали физическое исследование космоса в течение 20-го века с появлением высотных полетов на воздушном шаре, а затем пилотируемых ракетных запусков.

Земная орбита была впервые достигнута Юрием Гагариным из Советского Союза в 1961 году, а беспилотные космические аппараты с тех пор добрались до всех известных планет Солнечной системы.

Из-за высокой стоимости полёта в космос, пилотируемый космический полет был ограничен низкой земной орбитой и Луной.

Космическое пространство представляет собой сложную среду для изучения человека из-за двойной опасности: вакуума и излучения. Микрогравитация также отрицательно влияет на физиологию человека, которая вызывает, как атрофию мышц, так и потерю костной массы. В дополнение к этим проблемам здравоохранения и окружающей среды, экономическая стоимость помещения объектов, в том числе людей, в космос очень высока.

Насколько холодно в космосе? Может быть температура еще ниже?

Температуры в разных точках вселенной

https://youtube.com/watch?v=c4hwWG8-sRk

Как быстро закипает?

Все зависит от степени разрежения. При недостаточной откачке воздуха холодная вода кипеть не будет.

Как только его станет меньше, она начнет переходить в паровую фазу.

Происходить это будет длительное время из-за конденсации. Теоретически можно достичь динамического равновесия, когда скорость испарения и скорость конденсации водяного пара равны.

При высоком разрежении закипание наступит практически мгновенно. Затем пар кристаллизируется из-за понижения температуры до отрицательного значения. Этот процесс тоже не займет много времени. Теплопроводность пара значительно выше, чем у воды, остывает он быстрее.

Основы техники выполнения

Идеальное время для занятий вакуумом – утро, до завтрака. Другой вариант – вечером, перед сном. Необходимо постоянно следить за дыханием, своевременным и постепенным сокращением и расслаблением мышц. Итак:

• принять исходное положение (стоя прямо или лежа на спине);
• сделать глубокий вдох, набирая максимальный объем воздуха в легкие;
• на выдохе втягивать живот, стараясь как бы «приклеить» его переднюю стенку к спине;
• удерживать такое положение в течение 10-15 секунд (на начальных этапах);
• вернуться в исходную позицию.

Оптимальное количество подходов за тренировку – 2-3, повторов – 10-12 (позже можно увеличить до 15). Задержка дыхания – на 10-15 с.

Кажется, нет ничего проще – вдыхай и выдыхай, втягивай и расслабляй мышцы живота – но каков эффект! Тем не менее, есть несколько правил, которые помогут добиться наилучшего результата.

Вдох производится через нос, при этом он должен быть сильным и быстрым. Выдыхать следует через рот, желательно быстро и резко, одновременно подтягивая мышцы к позвоночнику, как бы заводя живот под ребра.

Упражнение не требует особых условий выполнения: не понадобятся ни специальные приспособления, ни спортивный инвентарь, ни длительные промежутки отдыха между занятиями.

Его можно делать ежедневно или, как минимум для достижения результата – тонкой талии, – пять раз в неделю. Вакуум живота можно применять как дополнение к общей тренировке, в качестве разминки.

Даже людям, далеким от спорта, стоит взять на вооружение такой вид упражнений, ведь его можно выполнять в течение дня – сидя на работе, на прогулке, отдыхая дома вечером.

Окружающие вряд ли заметят, что человек упражняется, но друзья и родные через месяц-полтора уж точно обратят внимание на то, что живот стал плоским, а талия уменьшилась

Самое холодное место в космосе

За счет реликтового излучения межзвездное пространство прогревается, а по этой причине температура в космосе не опускается ниже 270 градусов ниже нуля. Однако, как выясняется, могут быть и более холодные участки.

19 лет назад телескоп Хаббл заметил газопылевое облако, стремительно расширяющееся. Туманность, получившая название Бумеранг, сформировалась вследствие явления, знакомого по названию как «звездный ветер». Это весьма любопытный процесс. Суть его заключается в том, что из центральной звезды с громадной скоростью «выдувается» ток материи, которая, влетая в разреженное пространство космоса, остывает вследствие резкого расширения.

По оценкам научных работников, температура в туманности Бумеранг достигает всего одного градуса по Кельвину, то есть -272 Цельсия. Это наиболее низкая отметка в космическом пространстве, которую на текущий момент удалось зарегистрировать астрономам. Туманность Бумеранг располагается на расстоянии 5000 световых лет от нашей планеты. Отслеживать ее можно в плеяде Центавра.

Космическое пространство

Основная статья: Космическое пространство

Космическое пространство является неидеальным вакуумом, разреженная плазма заполнена заряженными частицами, электромагнитными полями, а иногда звёздами

Космическое пространство имеет очень низкую плотность и давление и является наилучшим приближением физического вакуума. Но космический вакуум не является действительно совершенным, даже в межзвёздном пространстве есть несколько атомов водорода на кубический сантиметр.

Звёзды, планеты и спутники держат свои атмосферы силой притяжения, и как таковой у атмосферы нет чётко очерченной границы: плотность атмосферного газа просто уменьшается с расстоянием от объекта. Атмосферное давление Земли падает до примерно 3,2×10−2 Па на 100 км высоты — на так называемой линии Кармана, которая является общим определением границы с космическим пространством. За этой линией изотропное давление газа быстро становится незначительным по сравнению с давлением излучения от Солнца и динамическим давлением солнечного ветра, поэтому определение давления становится трудно интерпретировать. Термосфера в этом диапазоне имеет большие градиенты давления, температуры и состава, и сильно варьируется в связи с космической погодой.

Плотность атмосферы в течение первых нескольких сотен километров выше линии Кармана всё ещё достаточна для оказания значительного сопротивления движению искусственных спутников Земли. Большинство спутников работают в этой области, называемой низкой околоземной орбитой, и должны подрабатывать двигателями каждые несколько дней для поддержания стабильной орбиты.

Космическое пространство заполнено большим количеством фотонов, так называемым реликтовым излучением, а также большим количеством реликтовых нейтрино, пока не поддающихся обнаружению. Текущая температура этих излучений составляет около 3 К, или −270 °C.

Твёрдый вакуум

Заправка телевизора плазмой

Вакуумное оборудование для лабораторий (высоковакуумные насосы, вакуумные камеры, печи)

Научные исследования требуют применения самого точного и качественного вакуумного оборудования. Самыми распространенными потребителями являются электрофизические и медицинские лаборатории.

Отличительной чертой такого оборудования является вакуумная и компрессорная техника физических установок «безмаслянного типа», которая используется совместно с очень прочными и износоустойчивыми элементами. Именно она позволяет достичь высокого вакуума, необходимого для процессов травления и осаждения. Чаще всего вакуум необходим в специфическом оборудовании, например, в циклотроне, печи или линейном ускорителе. Специфика их работы в том, что они создают мощные магнитные помехи, которые выводят из строя вакуумное оборудование. Это приводит к дестабилизации давления в технологических камерах, что сказывается на протекании процесса исследования. Для таких целей все вакуумное оборудование комплектуется специальными экранирующими кожухами из сплавов, которые не пропускают в насосы магнитное поле. Дополнительно вся тонкая управляющая аппаратура располагается как можно дальше от источника помех. Такой комплекс мер позволяет создавать стабильный вакуум, тем самым повышая точность измерений.

    В медицинских лабораториях применяется техника забора крови вакуумной пробиркой. Это громадный шаг в области исследования крови пациентов, благодаря такому оборудованию процесс забора крови стал практически безболезненным, повысились стандарты качества и стерильности проведения работ.

Лабораторное оборудования чаще всего изготовляется на заказ в единичном экземпляре, его параметры и комплектация подбираются под конкретные условия.

Противопоказания

Хоть упражнение вакуум может быть очень полезным, но все же не стоит его выполнять во вред своему здоровью. Поэтому те кто имеет хоть одно из ниже перечисленных противопоказаний, лучше прежде обратиться к врачу. Который вас проконсультирует по поводу того, стоит делать данное упражнение или нет.

• Нельзя выполнять вакуум при обострении хронических заболеваний тазовой и брюшной области.
• А также при гастрите и язве желудка
• Болезнях кишечника. Таких, как: колитах(воспаление слизистой оболочки толстой кишки) и дисбактериозе(изменение микрофлоры кишечника).
• Заболеваниях поджелудочной железы(панкреатит)
• Дисфункции желчевыводящих путей,
• Грыже пищеводного отверстия диафрагмы. Которая возникает при (ожирении, запорах и длительном кашле)
• При ишемических болезнях и сердечной недостаточности
• При образовании тромбов(тромбоз)
• Рекомендуется отказаться от выполнения вакуума после операций на брюшную и тазовую область, не менее чем на 6 месяцев
• Для девушек вакуум запрещен к выполнению, при менструации и беременности.

Если вы чувствуете болевые ощущения или дискомфорт при выполнении вакуума. То не стоит продолжать. В начале сходите на обследование. Тонкая талия во вред своему здоровью не лучший подход.

Самая низкая температура на Земле

Мы выяснили информацию насчет самой низкой температурной отметки в космосе — ее величину и точки нахождения. Для полноты раскрытия вопроса остается узнать, какие наиболее низкие температуры были зафиксированы на нашей планете. А произошло это в процессе недавних научных исследований. В 2000 году ученые Технологического университета города Хельсинки остудили металл родия практически до абсолютного нуля. В течение эксперимента они получили температуру равную. 1×10−10 по Кельвину. И эта отметка всего лишь на 1 миллиардную градуса больше нижнего рубежа.

Целью проведенных исследований было не только получение сверхнизких температур. Ключевая задача состояла в изучении магнетизма атомов родия. Данное исследование оказалось крайне эффективным и принесло ряд увлекательных результатов. Эксперимент дал возможность понять, каким образом магнетизм оказывает действие на сверхпроводящие электроны.

Получение рекордно низких температур складывается из нескольких поочередных этапов охлаждения. Сначала с помощью криостата родий остывает до температурной отметки 3×10−3 по Кельвину. На последующих двух ступенях используется метод ядерного адиабатического размагничивания. Металл родия остывает сначала до температуры 5×10−5 по Кельвину, а после этого падает до рекордно низкой температурной отметки.