太空测量温度并不简单 什么是温度?(在太空中能测量温度吗)

许多人给出的答案是错误的

你可能会说:这很简单。太空温度是宇宙微波背景辐射的温度，比绝对零度高2.725开氏度(2.725K），换句话说，用温度计测量的温度约为零下270.4℃的样子。

真的是这样吗？哈哈，你错了！

正确答案是：不确定。

事实上，在太空测量温度并不简单

什么是温度？

我们需要澄清的第一个概念是：宇宙微波背景辐射2.725K指的不是温度，它指的是黑体辐射的强度或能量，所以你不能简单地将其添加到绝对零度，认为这是宇宙的最低温度。

要了解温度计在太空中测得的温度，首先要复习温度的概念:它它是衡量宇宙中物质粒子热运动的标量。

也就是说，在“绝对真空”里面没有温度。

温度是物质热运动的体现。没有物质物质，就没有温度。如果有物质，就必须有温度。理论上，当物质的内能为0时，它的温度是绝对零，表示为0K，也就是-273.15℃。这意味着根据热力学理论，物质内部的微观热运动已经完全停止。到目前为止，还没有发现这样的物质，所以绝对零度的物体不存在，0K是计算值。

物质微观热运动产生温度

说到这里，你应该能理解：

各种物质在浩瀚的宇宙空间中随处可见，所以宇宙有温度；

即使我们这么认为“真空”在太空环境中，它实际上有稀薄的气体、灰尘、少量的分子和原子，这些物质本身就有温度；

温度计由物质组成，即使在空的真空中，只要你拿出温度计，它本身就有温度，它的温度不是绝对零。

微波背景辐射反映了宇宙初始温度的残留物

什么是温度测量？

“废话，量当然是温度！”

它测量的温度是多少？

“它自己探头的温度。”

你答对了。那么，温度计探头的温度是如何在真空中产生的呢？

我们在前一节里说了，温度计是由物质构成的，物质本身有热运动，所以它自身会向外发射光子（当然不是可见光，多半是红外或远红外光）。

与此同时，太空中。白天我们可以看到太阳，夜晚星星在闪耀，这些都是光子的作用。除了肉眼可见的光波，宇宙还充满了γ射线、x射线、极紫外线和紫外线、红外线、远红外线、微波和波长较长的无线电波都是不同频率的光子。当这些光子撞击物体时——例如，当温度计探头时，能量会传递给物体的原子，刺激其振动，因此物体开始发热。

原子波尔模型跳迁

光子越多，能量越大，温度计越热，显示的温度越高。相反，温度越低。

太空中不同地方的温差很大

你离太阳足够近，离太阳0.1AU取出太空中的温度计(即太阳距离地球的十分之一)，测量200万摄氏度的高温。这不是最热的时候。爆发的日冕物质和太阳风颗粒可以将温度计加热到2000万度！

只要稍微远一点，情况就会大大改变。在距离太阳约5800万公里的水星附近，你的温度计测量的温度会下降到430℃，显然比太阳更近“凉快”许多。

当温度计指针到达地球附近的太空时，最高指向120℃从附近可以看出，温度计测量的温度与恒星的距离有关。这是由于恒星发出的大量光子和高能粒子轰击温度计和加热探头。

如果我们离太阳更远，飞到冥王星轨道附近的太空，探测到的温度只有-230℃，这里很冷，水银温度计根本不能用，汞在-38.8℃就变成固体了。

冥王星离太阳太远了，这里很冷

冥王星是太阳系最冷的地方吗？错了。在我们月球的南极洲，有一些深陨石坑和古老的火山口。由于几十亿年没有阳光照射，科学家用轨道探测器遥测到的温度低至26K，相当于-247℃，比冥王星还冷。

宏观物体与微粒之间的温差

与我们的温度计探头相比，在同一地方测量微粒的温度差异很大。

在我们地球附近的太空中，每立方厘米大约有5个原子，温度高达1万K（约9700℃），这是一个很高的温度，但我们根本感觉不到它们的存在；在太阳系的边缘，太空中原子的温度也可以达到7万K。在星系之间浩瀚的虚空中，每立方米的空间可能不到一个原子，但这个原子的温度可以高达100万K！

我们在这里测量温度计的温度是多少？没有人试过，但最乐观的估计只有几K。与太空中广泛存在的微粒不同，温度计、航天器或小行星等宏观物体主要依靠吸收恒星发出的光子。离恒星越远，或者光线被遮挡，宏观物体的温度就越低。

宏观物体温度与微观粒子温度不同

回到最初的问题

在太空中取出温度计(不考虑其测量范围)测量的温度是多少？

正确的答案是：这取决于我们离恒星有多远。当它靠近恒星时，温度计可以显示数百万度的高温，因为它被大量的光子击中；如果我们远离恒星，或者光被阻挡，温度会很低，甚至接近绝对零度。