پاسخ به یک پرسش عجیب و غریب فضایی ، خورشید به این داغی، چرا فضا اینقدر سرد است؟ - وبلاگ ماریانا

به گزارش وبلاگ ماریانا، شاید تا به حال به این نکته فکر نکرده باشید که فضا تا چه حد سرد است؟ یا حرارت خورشید چقدر است؟ اینها سوالات خیلی جالبی هستند و جالب تر اینجاست که با علم به اینکه خورشید تا این حد داغ است، چرا باید فضا اینقدر سرد باشد؟

غزال زیاری- برخلاف زیستگاه ما، کره زمین، دما در منظومه شمسی حالتی افراطی دارد. دمای سطح خورشید به عنوان بمبی از گاز و آتش، در حدود 5540 درجه سانتیگراد است و هسته آن دمایی در حدود 15.000.000 درجه سانتیگراد دارد. اما دمای پس زمینه کیهان، به طرز عجیبی سرد است و وقتی کمی از جو زمین دور می شوید، دما به 270- درجه سانتیگراد می رسد.

این یک پارادوکس بزرگ است که در قسمتی از کهکشان که در همسایگی ماست، دما در حد انجماد است و خورشید، در مرکز منظومه شمسی، همواره شعله ور ! اگر خورشید اینقدر داغ است، پس چرا فضا تا این حد سرد است.

گرمای خورشید چطور به زمین می رسد؟

دلیلی منطقی برای این پرسش وجود دارد. حرارت و گرما در کهکشان به وسیله تابش و تشعشع منتقل می گردد؛ به صورت موج مادون قرمزی از انرژی که از اجسام داغ تر به سمت اجسام سردتر حرکت می نماید.

این موج های تابشی، وقتی در تماس با مولکول ها قرار می گیرند، آنها را تحریک نموده و باعث گرم شدن شان می شوند.

این دقیقا شیوه انتقال گرما از خورشید به زمین است؛ اما نکته اینجاست که این تابش فقط مولکول ها و هر آنچه مستقیما در مسیرش هست را گرم می نماید و هر چیز دیگری سرد باقی می ماند.

طبق اعلام ناسا، مثلا کافی است سیاره عطارد را در نظر بگیرید؛ دمای شبانه در این سیاره حدود 540 درجه سانتیگراد سردتر از طول روز و زمانی است که این سیاره در معرض مستقیم تابش نور خورشید واقع شده است.

حالا این را با زمین مقایسه کنید؛ حتی اگر در سایه هم باشید، هوای اطراف شما گرم می ماند؛ این اتفاق را حتی در تاریکی شب در بعضی فصول نیز حس می کنید. این بدین خاطر است که حرارت در سیاره ما، به جای یک شیوه، از سه طریق حرکت می نماید: انتقال، همرفت و تابش.

وقتی اشعه های آفتاب به مولکول های جو زمین برخورد نموده و آنها را گرم می نمایند، این مولکول ها انرژی مضاعف شان را به مولکول های اطراف منتقل می نمایند. این مولکول ها، به همسایه های خود برخورد نموده و آنها را گرم می نمایند. این انتقال حرارت از یک مولکول به مولکولی دیگر، انتقال نامیده می گردد و این یک واکنش زنجیره ای است که مناطقی که خارج از مسیر تابش آفتاب هستند را گرم می نماید.

چرا فضا گرم نمی گردد؟

فضا، در حقیقت یک خلاء بزرگ است؛ یعنی کاملا خالی است و مولکول های گاز در فضا آنقدر از یکدیگر دور هستند که عملا نمی توانند مرتبا با هم برخورد نمایند. پس حتی وقتی که تابش خورشید، با امواج مادون قرمز این مولکول ها را گرم می نماید، جابجایی این گرما به وسیله انتقال ممکن نخواهد بود.

به صورت مشابه، همرفت (شیوه ای از انتقال حرارت که در حضور گرانش اتفاق می افتد) در پراکندگی گرما در سراسر زمین اهمیت بالایی دارد ولی در فضا که گرانش صفر است، این اتفاق نیز رخ نمی دهد.

الیزابت آبل، مهندس حرارتی در پروژه دارت ناسا، هنگامی که تجهیزات فضایی را برای سفرهای طولانی در فضا آماده می نماید، به همه این مسائل می اندیشد. به گفته او، زمانی که بر روی کاوشگر خورشیدی پارکر کار می نموده، همه این مسائل در ذهنش می گشته.

همان طور که از نام این کاوشگر تعیین است، کاوشگر خورشیدی پارکر، بخشی از ماموریت ناسا برای مطالعه درباره خورشید است. این کاوشگر بر روی بیرونی ترین لایه جو خورشید که تاج نامیده می گردد، قرار گرفته و داده ها را جمع آوری می نماید. در آوریل سال 2021، این کاوشکر به فاصله 10.450.000 کیلومتری خورشید رسید که نزدیک ترین فاصله ای بود که یک فضاپیما توانست به خورشید نزدیک گردد. سپر حرارتی نصب شده برروی یک سمت از این کاوشگر، این امکان را برایش فراهم می کرد.

آبل در این باره گفت:مسئولیت سپر حرارتی این بود که اطمینان حاصل کند که تابش های خورشیدی تحت هیچ شرایطی به کاوشگر برخورد نمی نماید. زمانی که سپر حرارتی به دمای بسیار بالایی می رسد، (حدود 120 درجه سلسیوس)، دمای خود کاوشگر به مراتب پائین تر است (حدود 150- درجه سلسیوس).

بیشتر بخوانید:

تکه ای از اتمسفر زمین که دردسرساز شده است/ دمای این سیاره نزدیک به 500 درجه است!

آبل که مهندس حرارتی پیشرو DART است (یک فضاپیمای کوچک که برای برخورد با یک سیارک طراحی شده بود تا آن را از مسیر خارج کند)، گام هایی عملی برای مدیریت دمای اعماق فضا بر می دارد.

تغییرات شدید دما بین فضا با دمایی بسیار پائین و گرمای جوشان خورشید، چالش های منحصر به فردی را ایجاد می نماید. بخش هایی از این فضاپیما برای آنکه به میزان کافی خنک بماند تا اتصال کوتاه ایجاد نگردد، به اقدامات کمکی احتیاج داشتند ولی دیگر بخش ها، به عناصر گرمایشی احتیاج داشتند تا به میزان کافی گرم مانده تا بتوانند به عملکردشان ادامه دهند.

آماده شدن برای تغییرات دمایی صدها درجه ای، شاید حیرت آور به نظر برسد ولی این دقیقا همان چیزی است که در فضا اتفاق می افتد.

داستان عجیب و غریب واقعی در کره زمین در جریان است: در بین سرمای شدید و گرمای آتشین حاکم بر فضا، ما در سیاره ای زندگی می کنیم که جو آن، شرایط را به طرز حیرت آوری ملایم و باثبات نگه می دارد. دست کم در شرایط فعلی!

منبع: popsci

5858