世界不思議

宇宙中有著數不清的恆星,為何宇宙深空卻是寒冷的?

宇宙中雖然有無數顆恆星,但是宇宙實在太廣袤了,恆星之間的距離非常遙遠,恆星輻射出來的熱量在傳播很遠距離後,能量密度變得非常低,導致宇宙深空中的溫度基本接近絕對零度。
在地球軌道上的人造衛星都會面臨這樣一個問題,就是在向陽面溫度會上升到100℃,需要考慮衛星的散熱;而在背陽面溫度會下降到-100℃以下,需要考慮衛星的保溫;一些航天器會使用複合材料,也就是我們看到衛星上金燦燦那層,這層材料在向陽面能反射大部分太陽光防止過熱,在背陽面還能具有保溫功能。


出現這種差異和太陽輻射有關,太陽每秒鐘輻射出4×10^26J的能量,這些能量在傳播很遠距離之後,能量密度會變得非常低,與距離呈二次方衰減。
在太空中,熱傳導和熱對流都不存在,熱量的傳遞方式只有熱輻射,根據熱力學定律,任何物體都會向外輻射能量,同時也會接收來自其他物體的熱輻射。


於是遠離太陽的一定距離上,物體的向陽面會吸收太陽光能,同時也會向外輻射能量;在物體的背陽面,物體也會向外輻射能量,但是從宇宙微波輻射(2.7k)中吸收的能量非常少。
在向陽面,物體輻射能量的大小和自身溫度有關,當物體輻射能量與吸收太陽能量相同時,就達到了輻射平衡;在地球軌道上,向陽面的熱輻射平衡溫度是100多℃,這也是人造衛星向陽面能達到的最高溫度。

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在冥王星軌道處,太陽輻射密度不到地球軌道處的千分之一,使得冥王星處的熱輻射平衡溫度低至零下100攝氏度,加上背陽面沒有太陽輻射,所以冥王星表面的平均溫度低至-223℃。

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明白以上原理後,要知道宇宙中恆星間的距離是非常遙遠的,比如距離太陽最近的恆星比鄰星有4.2光年,是太陽到冥王星距離的7000多倍,在恆星之間的宇宙深空中,恆星輻射的能量密度是非常低的,所以即便有微弱的星光照耀著,溫度也會變得非常低。

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