太空有多冷？宇宙温度背后的物理学

　　太空有多冷，它会下降到绝对零度吗？如果你在没有宇航服的情况下掉进去会发生什么？虽然科幻电影会让我们相信太空非常冷——甚至很冷——但太空本身并不完全冷。事实上，它实际上根本没有温度。
　　（图片来源：Getty Images）
　　温度是粒子运动速度的测量，热量是物体粒子所具有的能量。因此，在一个真正空旷的空间中，不会有粒子和辐射，这意味着也没有温度。当然，太空中充满了粒子和辐射来产生热量和温度。那么太空有多冷，有没有真正空旷的区域，有没有温度下降到绝对零度的地方？ 恒星如何加热太空
　　太空中最热的区域紧挨着恒星，恒星包含启动核聚变的所有条件。当来自恒星的辐射到达太空中含有大量粒子的点时，事情真的会变暖。这给了像太阳这样的恒星的辐射一些实际行动的东西。这就是为什么地球比我们的星球和恒星之间的区域温暖得多。热量来自我们大气中的粒子，这些粒子用太阳能振动，然后相互碰撞，分配这种能量。
　　由旅行者2号拍摄的天王星表面温度变化的假彩色复合图像。（图片来源：美国宇航局）
　　然而，靠近我们的恒星和拥有粒子并不能保证温暖。水星 - 最接近太阳 - 白天非常热，晚上寒冷。它的温度下降到95开尔文（-288 ⁰华氏度/-178 ⁰Celsius）的低点。天王星上的温度下降到-371 ⁰F（-224 ⁰C），使其比离太阳最远的行星海王星更冷，海王星的表面温度仍然非常冷-353 ⁰F（-214 ⁰C）。
　　这是天王星在存在早期与地球大小的物体碰撞的结果，导致天王星以极端倾斜的方式绕太阳公转，使其无法抓住其内部热量。远离恒星的粒子是如此分散，以至于除了辐射之外，通过任何东西传递热量是不可能的，这意味着温度会急剧下降。这个区域被称为星际介质。星际介质中最冷和最密集的分子气体云的温度可能为10 K（-505 ⁰F/-263 ⁰C或），而密度较低的云可以高达100 K（-279 ⁰F/-173 ⁰C）。什么是宇宙背景辐射？
　　宇宙是如此浩瀚，充满了如此众多的物体，有些炽热，有些是难以想象的寒冷，以至于给空间一个单一的温度应该是不可能的。然而，有一种东西渗透到我们整个宇宙中，温度均匀到100，000分之一。事实上，这种差异是如此微不足道，以至于热点和冷点之间的变化仅为0.000018 K。这被称为宇宙微波背景（CMB），它的均匀温度为2.7 K（-45⁰F/ -270⁰C）。由于0 K是绝对零度，因此温度仅比绝对零度高2.725度。
　　宇宙微波背景辐射的图像，其温度为2.725 K（-450 F / -270 ⁰C）。（图片来源：欧洲航天局）
　　CMB是大爆炸后仅40万发生的事件的残余物，称为最后一次散射。这是在电子与形成氢原子的质子结合后，宇宙不再不透明的点，这阻止了电子无休止地散射光并使光子能够自由旅行。因此，这个化石遗物＂冻结＂到宇宙中，代表了物质和光子在温度方面对齐的最后一点。构成CMB的光子并不总是那么冷，需要大约138亿年才能到达我们，宇宙的膨胀已经将这些光子红移到较低的能级。起源于宇宙比现在更密集和更热的时候，构成CMB的辐射的起始温度估计约为3，000 K（5，000 F / 2，726⁰C）。随着宇宙继续膨胀，这意味着现在的空间比以往任何时候都更冷，而且越来越冷。 如果你暴露在太空中会发生什么？
　　如果一名宇航员独自在太空中漂流，那么暴露在太空的真空中就不能像科幻小说中经常描绘的那样冻结宇航员。热量传递有三种方式，传导，通过触摸发生，对流发生在流体传递热量时，以及辐射通过辐射发生。
　　由于缺乏物质，传导和对流不会在空间中发生，并且仅通过辐射过程可以缓慢地传递传热。这意味着热量不会在太空中快速传递。由于冷冻需要传热，暴露的宇航员 - 仅通过辐射过程失去热量 - 由于缺乏大气层，会死于减压，这比他们冷冻致死的速度要快得多。