宇宙中的温度上限在哪里?
大多数人都知道热力学中的“绝对零度”,这就算是我们知道的宇宙中的最低温度了。其指标大约是-273.15摄氏度(0K或-459.67℉),这样的温度环境下,几乎没有任何物质可以产生动能,内能也降到了最小值,但依然可以保留势能。
目前来说,绝对零度只是一个理论上性的热力学温度下限值,现实中只会无限接近这个温度,但是现实中根本无法到达这个极限。
从宇宙微波背景辐射的影响方面来看,宇宙中的最低温应该是2.75K,也就是集中在回力棒星云之地,在半人马座法相,是一个相当原始的星云,看上去就像是西装上的蝴蝶领结,也被称为“布莫让星云”。
那么宇宙中的温度分布到底有没有规律?温度又是怎么来的?
宇宙中的热
宇宙中的热量从哪里来?
首先,从微观上来说,温度就是物质分子的运动差异产生的不同结果,运动越激烈,温度也就越高,二者之间成正比关系。所以有温度就得物质运动,或者说是有物质存在。
基于以上观点,从宇宙角度来说,科学家们一般认为其温度的变化和宇宙物质的诞生缘由一样,都是源于一场大爆炸。这也算是是一个老梗了,但是因为合理,所以被广泛应用于各个方面的解释。
因为在宇宙大爆炸之前,没有“宇宙”不存在任何物质,所以也就没有温度可言。而在大爆炸产生时,奇点瞬间爆发出来的能量产生了早期的宇宙尘埃与星云,且物质运动异常活跃,随着宇宙膨胀的速度四三到太空中,温度也跟着产生变化。
那么最高温呢?宇宙中的最高温又是多少?
从理论上来说,在宇宙刚刚产生大爆炸时期的温度最高,科学家们呢利用实验室研究的重离子对撞机产生的温度可以是太阳核心温度的25万倍,高达了4万亿摄氏度。在这样的强高温环境下,几乎所有的物质了都会成为流质。
而这个温度显然还是没有宇宙大爆炸带来的温度高,科学家们认为这时候的宇宙空间几乎所有物质都短暂地出现过几乎是“完美液体”的形态,这时也就是“绝对最高温度”。
从宇宙微波背景辐射分布图上来说,宇宙大爆炸后的空间内的温度分布规律应该是几乎平均的。自物质诞生后,温度成为各种物质之间的存在特点之一。包括所有发光发热的恒星、有无大气层的行星、不规则的彗星和其它星云、尘埃等星际物质,这些物质都有自己的温度,或高或低,随着彼此之间的位置变化,渐渐影响到整个宇宙的温度分布规律——物质越多,温度越集中(温度与星系中的恒星数量和质量也有相当大的关系)。
物质温度
对于地球生命来说,周边的温度变化相当重要。就那人类举例,生物学家研究出来的最适于人类生存的温度是30℃。超过这个温度就开始启动身体内的温度调节机制,即时“降温”。超过38℃,就算作是发烧,需要进行必要的药物治疗;到达42℃,人体就已经自主呼吸,甚至导致四亡。
因此,在拥有大气层的地球上,生命才能诞生的毫不意外,但也只是在这样的层面。宇宙中的其它物质呢?
现阶段遗留的宇宙微波背景辐射温度平均值大约是-270.15℃,也就是宇宙空间中整体的温度平均值。但是这并不代表任何空间位置的温度都非常低,因为不同的星际物质热量也是不一样的。
以太阳系为例,一般来说,一个星系中温度最高的物质就是中心恒星,也就是太阳。因为恒星就是一个等离子体,在不断的核裂变中,不同位置产生的热量也是不一样的。
比如相对较低的太阳黑子,其中心温度大约可以达到4000℃及以上;日珥可以被抛到几十万公里的空中,并且形状千奇百怪,其基本温度变化范围就要大些,大约在5000℃—8000℃之间;日冕的温度就更高了,大约可以达到100万摄氏度,这个时候的物质形式都是等离子体;而温度最高的太阳中心,其温度更是达到了1500万摄氏度,基本可以熔掉任何物质。
恒星的热量会影响到恒星所在区域附近的温度,就算是在真空环境下,越是接近恒星的地方温度也会越高。而除了本身就具有温度的恒星,剩下的那些星体温度又怎么样呢?
依旧是以太阳为例,因为来没有大气层对温度的保护作用,所以在太阳系中除了地球之外,其它行星上的整体温度跌至零下几百都很正常,极差都比较大。
以上的物质温度变化会影响到太空的温度吗?答案是会的。
太空的温度
以宇宙物质为单位的话,不管是具有土体形态的天体,还是尚在聚集或是扩散当中的星云,温度是一直存在的。根据宇航员在太空中的考察研究,却发现太空的温度相当低,几乎可以冻住一切。那些物质携带的热量不够吗?
前面也提到,热量的产生和物质的运动程度有关,最重要的前提就是要有“物质”。虽然宇宙的太空并不是完全真空环境,但是各种物质密度小的可怜,可以进行小规模的热量传送,却起不到加热的作用。
因此,我们所处的宇宙空间是冷的还是热的哪?
答案就是:越是靠近恒星的地方,温度也就会越高,星系稀疏的地方,空间温度也会越低。总的来说,宇宙空间的温度分布规律和星系的分布规律几乎一致,没有具体的哪一片冷、哪一片暖。
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