地球上的温度变化万千,宇宙中不同天体的温度又如何?
入秋后凉意袭来 你知道宇宙中最低温度是多少吗
天文词典
初入九月,部分地区已经开始逐渐变凉。地球上的温度变化万千,宇宙中不同天体的温度又如何?
就人们的直观感受而言,温度就是物体的冷热程度。从微观层面看,物质都是由分子或原子组成,这些分子永不停息地做着无规则运动。虽然我们看不见分子的运动,但用手触摸时能感受到物体的冷热,其实就是分子热运动剧烈程度的体现——分子平均热运动动能大的温度就高,反之温度就低。
日常生活中,人们发明了各式各样的温度计来测量温度。而对遥远的宇宙天体,我们怎么知道它的温度呢?
不同颜色代表不同温度
不同波长的光呈现出不同的颜色,蓝光的波长较短,红光的波长较长。早在战国时期,《考工记》就记载着“黄白之气竭,青白次之;青白之气竭,青气次之,然后可铸也”,即随着温度的升高,火焰会呈现出不同的颜色,到“炉火纯青”的时候温度最高。
恒星的发光机制和炉火不同,但颜色与温度之间也存在着相关性。温度越低的恒星,颜色越偏红,例如红矮星表面只有两三千摄氏度,比邻星就是如此;温度越高的恒星,颜色越偏蓝,例如蓝超巨星的表面可达数万摄氏度。
通过光谱测量,天文学家能够知道恒星在不同波长上辐射的光线强度,并且按波长画出辐射强度的分布曲线。一般来说,曲线的峰值波长(也就是辐射强度最大处的波长)决定了恒星的颜色。例如,太阳辐射的波峰在555纳米,为黄色。不同温度的恒星具有不同的峰值波长和分布曲线,从热辐射规律就能推算出它的表面温度,我们称之为有效温度。天体中还存在非热辐射过程,例如星系团内热气体的热韧致辐射,它们的温度可以用其他方法获得。
恒星中心的温度要比表面高得多,是宇宙中最热的地方之一。我们地球内部的温度大约为6200开尔文(以下简称开),比太阳表面温度(5800开)略高一点,但是太阳内部的温度高达1500万开。质量最大、燃烧最快的恒星,核心温度可达2亿开以上。可与之相比的,是星系团中在各个星系之间弥漫着的热气体。它们往往具有几千万甚至上亿开的高温,产生如此高温的原因可能是被星系中心超大质量黑洞的喷流和星系风等加热。
除此之外,当天体爆发和碰撞时,也可以达到更高的瞬时温度。例如大质量恒星死亡时爆发成为超新星,中心和膨胀壳层的温度可达到数百亿开。中子星碰撞的瞬间,外层温度更可高至几千亿开!宇宙中最重的元素,例如金、锶、铀等,就是在这些极高温过程中产生的。
人类创造的最高温度,是2012年欧洲的大型强子对撞机撞出的5万亿开超高温。虽然只有一瞬间,但已经非常惊人了。今年4月,我国的“人造太阳”——“东方超环”首次实现1亿摄氏度运行近10秒。
地球5000光年外温度接近绝对零度
宇宙中的温度最高能达到多少呢?按照现有理论,宇宙中的最高温度被称为普朗克温度:超过1032开,即1亿亿亿亿开。它是最重的微观粒子以光速运动时所表现出来的温度,是正常物理过程不可能达到的温度上限,或许只存在于宇宙大爆炸的那一瞬间。
理论上最低的温度是绝对零度,也就是0开尔文,即零下273.15摄氏度。当分子的热运动不断减弱时,物体温度就会不断降低,分子完全静止不动时,温度就达到了最低,被称为绝对零度。不过根据量子力学的不确定性原理,分子的运动不可能完全静止下来,所以绝对零度实际上是不可能实现的。在实验室里,物理学家通过激光冷却和磁冷却手段,可以将稀薄的原子气体冷却到绝对零度以上约十亿分之一开。2018年国际空间站上的冷原子实验室甚至将冷原子降温到了百亿分之一开!此时原子移动非常缓慢,可以用来研究超冷原子的特异量子特性。
宇宙中已知的最低温地区,是距离我们5000光年的半人马座旋镖星云(Boomerang nebula)中心附近,那里的温度仅为1开左右。这可能是因为其存在一颗伴星,使得它外层物质的抛射速度达到了正常值的10倍,将温度降至极值。当然这一低温只是暂时的,它最终将升至和宇宙微波背景辐射等温。
有很多文章都提到,太空中每立方厘米最多只有几个粒子,基本上就是真空,在这里温度这一概念也就失去了意义。那么假如我们把一个理想的温度计放入太空,读数会是多少呢?没人做过这个实验,所以还没有确切答案。不过我们可以根据已知的事实和规律做个推断。
在恒星之间广袤的星际空间里,遍布着稀薄的星际气体和尘埃。它们的数密度极低,像地球体积这么大的范围内,所有的星际介质拢在一起还不如一个骰子大。所以几乎不会有星际介质微粒和温度计发生碰撞并传递能量,温度计永远也测不出这些粒子的温度。但是温度计自身也是由大量微观粒子组成的,也会辐射电磁波并损失热量。它的温度会慢慢降低,直到最后和宇宙微波背景辐射达到平衡,定格在2.73开。宇宙微波背景,是宇宙大爆炸早期诞生的高能光子,随着宇宙的膨胀和冷却,这些光子现在已经被拉长到了微波波段(波长在0.3—75厘米之间),成为遍布整个宇宙的“背景辐射”。和测量恒星的表面温度类似,人们测出了背景辐射的光谱分布曲线,求得它的温度为2.73开。
宇宙微波背景辐射无处不在,在远离恒星等热源的宇宙空间中,它的温度可以视作空间本身的温度。空间中的其他粒子,例如星系团内的热气体等,可以具有极高的运动速度,以温度衡量其能量的话,可以高达上亿开。可见同一片空间中,极低温与极高温是同时共存的,可谓名副其实的“冰火两重天”。当然我们需要从微观粒子能量的角度来看待这里所谓的温度,也不会像触摸宏观物体一样感受到它们的冷和热。如果把一个小铁块放到这样的空间中,它并不会被融化乃至气化。实际上基本没有粒子会撞上铁块,它只会缓慢地通过热辐射降温至2.73开,那些稀薄的高温气体对它毫无影响。(作者系北京天文馆研究员)
标签: 天体温度
相关阅读
-
03-16
-
03-02
推荐阅读
-
-
延崇高速:让“聪明的车”行驶在“智慧的路”上
开车行驶在一条会思考的高速上是怎样一种体验?延崇高速会告诉你答案。3月13日北京冬残奥会圆满落下帷幕。延崇高速通过其所具有的车路协同系更多
2022-03-16 16:06:06
-
-
长征八号遥二火箭成功首飞 创造一箭多星发射新
2月27日11时06分,长征八号遥二运载火箭飞行试验,在中国文昌航天发射场顺利实施,火箭飞行正常,试验取得圆满成功。本次飞行试验搭载了海更多
2022-03-02 16:34:32
-
-
去年第四季度“最缺工”榜单发布 “智能制造”领
人社部近日发布2021年第四季度最缺工的100个职业排行。其中,营销员、餐厅服务员、商品营业员、车工、家政服务员、保安员、包装工、客户服更多
2022-02-28 16:48:53
-
-
南极洲的人为污染或加速融雪 严重地区雪层厚度每
荷兰格罗宁根大学的Sarah Feron和同事在一项研究中指出,南极洲的游客抵达点和科考设施附近的黑碳污染可能会增加这些地区的融雪。研究结果更多
2022-02-25 16:56:41
-
-
李胜团队揭示复新翅亚部卵鞘趋同进化的适应性生殖
2月22日,国际著名期刊《分子生物学与进化》在线发表了华南师范大学生命科学学院、昆虫科学与技术研究所李胜教授团队最新研究成果——复新更多
2022-02-25 16:54:58
-
-
财政部:去年全国科学技术支出0.97万亿元 同比
2021年,全国科学技术支出0 97万亿元,同比增长7 2%,有力支持新能源汽车等产业发展和关键核心技术攻关。22日,在国务院新闻办公室就财政改更多
2022-02-25 10:27:08
-
-
荣耀亲选:比手掌还小的打印机 内置2.8亿海量真
300dpi高清打印,拍照识别,一键打印,错题不手抄,学习更高效。今天,荣耀亲选高清错题打印机众筹预售开启,原价259元,预售价仅229元,下更多
2022-02-22 16:47:52
-
-
2021年贵州数字经济加速突破 增速连续六年位居全
日前,在贵州省第十三届人民代表大会第五次会议上,贵州省省长李炳军在作政府工作报告时提到,2021年贵州数字经济加速突破,增速连续六年位更多
2022-01-27 16:31:56
时尚热图
热门标签
精彩放送
-
04-19
-
04-19
-
04-19
-
04-19
-
04-19
-
04-19
-
04-19
-
04-19
-
04-19
-
04-19
-
04-19
-
04-19
-
04-19
-
04-19
-
04-19
-
04-19
-
04-19
-
04-19
-
04-19
-
04-19
-
04-19
-
04-19
-
04-19
-
04-19
-
04-19
-
04-18
-
04-18
-
04-18
-
04-18
-
04-18
-
04-18
-
04-18
-
今日必看
-
精彩话题
-
今日推送
- 图解德美化工一季报:第一季度单季净利润同比增36.10%
- 三个热搜霸榜 机构夺路而逃?以岭药业近5个交易日市值蒸发179亿元
- 中国银河:给予火星人买入评级
- 图解圣湘生物一季报:第一季度单季净利润同比增4.78%
- 图解飞鹿股份一季报:第一季度单季净利润同比减43.55%
- 普利制药最新公告:拟将回购股份总金额调整为5000万元-1亿元
- 图解瑞松科技一季报:第一季度单季净利润同比增204.04%
- 建发股份最新公告:2021年度净利同比增长35.4% 拟10派6元
- 万联证券:给予南京银行增持评级
- 图解珠海冠宇一季报:第一季度单季净利润同比减80.05%
- 图解强瑞技术一季报:第一季度单季净利润同比减754.27%
- 图解舒泰神一季报:第一季度单季净利润同比减22.61%
- 这些名将已调仓!张坤、刘格菘、谢治宇、朱少醒、傅鹏博等多位明星基金经理最新持股曝光
- 保利发展最新公告:2021年净利润同比下降5.39% 拟10派5.8元
- 图解豪能股份一季报:第一季度单季净利润同比增23.61%
- 江天化学最新公告:一季度净利2376.11万元 同比增长10.06%
- 美锦能源最新公告:子公司美锦煤化工焦炉关停并升级改造
- 强瑞技术最新公告:一季度净亏损294.83万元
- 图解测绘股份一季报:第一季度单季净利润同比减23.69%
- 图解智动力一季报:第一季度单季净利润同比减76.20%
- 宁波高发最新公告:2021年净利同比下降19% 拟10派5元
- 智动力最新公告:一季度净利润1064.66万元 同比下降76.20%
- 浙商证券:给予山鹰国际买入评级
- 浙商证券:给予博汇纸业买入评级
- 信立泰最新公告:一季度净利2.37亿元 同比增长53.09%
- 图解祥生医疗一季报:第一季度单季净利润同比增9.05%
- 纳思达最新公告:拟以2亿元-4亿元回购股份
- 图解飞荣达一季报:第一季度单季净利润同比减151.03%
- 申通快递最新公告:3月快递服务业务收入同比增长24.03%
- 宁波能源最新公告:拟出资3000万元设生物质燃料公司
- 图解彩虹集团一季报:第一季度单季净利润同比减32.69%
- 翰宇药业最新公告:拟合作研究开发家用型新型冠状病毒抗原检测试剂盒
- 郑州煤电最新公告:2021年亏损2.15亿元
- 国联水产:预计2021年全年归属净利润亏损1400万元至2000万元,同比上年增长92.56%至94.79%
- 西南证券:给予健民集团买入评级
- 史上第六轮破发潮来了?4月新股破发率超80% 行业倡议修改规则 券商支招“打新避雷”
- 中国建筑最新公告:1-3月新签合同总额8966亿元 同比增长7.7%
- 西南证券:给予概伦电子增持评级
- 上海电气最新公告:2021年亏损99.88亿元 由盈转亏
- 亿田智能最新公告:2021年度净利同比增长45.76% 拟10派6元
- 图解江天化学一季报:第一季度单季净利润同比增10.06%
- 复工复产助力 这个板块满屏涨停!北向资金增持这些业绩暴增股
- 哔哩哔哩美股跌幅扩大至7%
- 图解宁波高发一季报:第一季度单季净利润同比减12.16%
- 生猪期货底部大涨 仔猪价已回升188%!概念股底部悄悄上涨 机构:布局窗口期来了
- 拟于今日恢复上海工厂生产?特斯拉:还在准备中
- 满电仅需三分钟!这一赛道 一年4.5万家相关企业涌入!行业巨头纷纷出手
- 宁德时代“巧克力”换电块“上架” 单块电池包月租最低399元冲击蔚来
- 4月18日晚间上市公司利好消息一览(附名单)
- 上演“地天板”一幕!统一大市场概念股六连板成两市最高标 散户大本营包场