Самое холодное место во Вселенной
Как вы знаете из курса школьной физики, самая низкая температура – абсолютный ноль, или 0 градусов по Кельвину. По Цельсию это будет – 273.15 градусов. При такой температуре движение атомов в любом веществе должно остановиться. Но это теоретически, так как нигде нет такого холода, даже в космосе.
На Земле самое холодное место – станция «Восток» в Антарктиде, где в 1983 году была зафиксирована температура в -89 градусов по Цельсию. Это очень холодно – если выйти без специального снаряжения, можно моментально отморозить себе лёгкие. Но всё равно это просто курорт по сравнению с космическими температурами. Давайте поищем, где находится самое холодное место во Вселенной, известное учёным. Начнём с окрестностей – Солнечной системы.
Самое холодное место в Солнечной системе
Еще не так давно самым холодным местом Солнечной системы считался Уран. Эта планета вместе с Нептуном не зря относится к типу ледяных гигантов. В атмосфере Урана была зафиксирована температура в -224 0 C. Это ужасно холодно, но есть и еще более холодные места.
Затем пальма первенства перешла к Тритону, спутнику Нептуна. Он находится еще дальше от Солнца, чем Уран, так что это кажется логичным. «Вояджер-2», пролетая мимо системы Нептуна, зафиксировал на Тритоне температуру в -235 0 C.
Казалось бы, если мы будем удаляться от Солнца всё дальше, то будем находить места всё более холодные. Но это не так – на Плутоне, например, «теплее» — «всего» — 223 0 C.
Как ни странно, самое холодное место в Солнечной системе расположено гораздо ближе к Солнцу, буквально в шаге от нас – на Луне. Орбитальный аппарат Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) в 2009 году сканировал северные области Луны в инфракрасном диапазоне и зафиксировал в одном из кратеров температуру в -249 0 C. Этот кратер расположен вблизи северного лунного полюса и всегда находится в тени, то есть солнечные лучи туда никогда не попадают. Заметим, что на освещенной Солнцем лунной поверхности температура может достигать +117 0 C.
Самое холодное место в Солнечной системе находится на Луне. Инфракрасный снимок LRO. Самое тёмное место — самое холодное.
Как видим, самое холодное место в Солнечной системе, расположенное на Луне, имеет рекордно низкую температуру в -249 0 С. До абсолютного нуля совсем немного – всего 24.15 градусов. Если места во Вселенной, где ещё холоднее? Двинемся дальше, в глубокий космос.
Самое холодное место во Вселенной
Удалившись от Солнца всего на 5000 световых лет в направлении созвездия Центавра, мы можем обнаружить любопытную протопланетарную туманность. Она состоит из газа, быстро распространяющегося от центральной звезды в основном в двух направлениях. Из-за формы эта туманность иногда называют «галстуком-бабочкой», но обычное её название – «Бумеранг».
Туманность Бумеранг — самое холодное место во Вселенной.
Эта туманность очень быстро расширяется. Весь газ был изначально сброшенной оболочкой центральной звезды. Скорость расширения составляет 164 км/с, или 600 000 км/ч. Из-за этого туманность очень холодная – в ней происходит сильное поглощение энергии, которая тратится на расширение.
Туманность Бумеранг –самое холодное место во Вселенной, известное учёным сейчас. Температура в нём – всего 1 Кельвин, или -272 градуса по Цельсию, то есть это очень близко к абсолютному нулю. Если бы она не расширялась так быстро, то была бы самым заурядным местом, но именно это быстрое движение приводит к столь сильному охлаждению газа в этой туманности. Это похоже на естественный холодильник гигантского размера.
Туманность Бумеранг не всегда будет оставаться самым холодным местом. Срок жизни протопланетарных туманностей небольшой. Пройдут тысячи или даже несколько десятков тысяч лет, и эта туманность станет обычной планетарной. Газ в ней замедлит свой бег и частично рассеется в огромном пространстве, и эта туманность ничем не будет отличаться от других.
Но на данный момент туманность Бумеранг – самое холодное место во Вселенной. Меньшие температуры ученые получали лишь в лабораторных условиях, а здесь это естественное явление. Конечно, Вселенная велика, и наверняка в ней есть еще немало подобных объектов. Возможно, некоторые окажутся еще немного холоднее, но их еще предстоит открыть.
Источник
Холоднее и ещё холоднее
Около 14 миллиардов лет назад, при рождении, Вселенная была раскалена до колоссальных 1032 °С. Сейчас её основное свойство — холод. Но здесь, на Земле, морозы до –200 градусов нам не грозят. Поэтому надеемся, что рассказ о сверхнизких температурах поможет вам морально согреться даже в стужу.
Самая низкая в принципе
ГДЕ Нигде. В природе такое не встречается
СКОЛЬКО –273,15 °С, или 0 К (градусов Кельвина)
Однажды лорд Кельвин обозвал нерасторопного дворецкого абсолютным нулём. Так появился термин. Шутка. Более того, совсем не этот учёный первым определил самую низкую температуру.
Ещё в начале XVIII века об «абсолютном холоде» задумался французский физик Гийом Амонтон. Он обнаружил, что воздух при нагреве от 0 °С (точка замерзания воды) до 100 (кипение) увеличивает давление примерно на треть. Учёный задумался: насколько нужно охладить воздух, чтобы давление исчезло, то есть воздух превратился в твёрдое вещество? И получил –293 °С. Спустя полтора столетия британский физик Уильям Томпсон (тогда ещё не удостоенный титула лорда Кельвина), исходя из похожих соображений, рассчитал почти точное значение абсолютного нуля. Впоследствии Кельвин построил свою шкалу, отталкиваясь от этой точки.
В реальности абсолютный ноль не существует. Почему? Температуру тела создаёт движение атомов, а значит, при –273,15 °С все они должны находиться в полном покое. Но это невозможно из-за квантовых эффектов, так называемых нулевых колебаний, которые есть даже у вакуума.
Самая низкая в природе
ГДЕ Туманность Бумеранг, которая находится на расстоянии 5 тысяч световых лет от Земли
СКОЛЬКО 1 К (–272 °С)
Где же попытаться найти наименьшую температуру? Наверное, там, где нет никаких источников тепла — например, в открытом космосе вдали от галактик? Увы, мы потерпим неудачу, ибо даже космическое захолустье нагрето на несколько градусов, а именно до 2,725 К, за счёт реликтового излучения, оставшегося после Большого взрыва.
Но, оказывается, в космосе может быть что-то холоднее пустоты. В 1995 году астрономы Европейской южной обсерватории, расположенной в Чили, рассчитали, что звёздный газ в туманности Бумеранг извергается со скоростью в 600 тыс. км/ч. Такой «быстрый» газ охлаждается до 1К за счёт адиабатического процесса, суть которого в том, что если газ очень быстро расширяется, то он одновременно и охлаждается, потому что его внутренняя тепловая энергия расходуется — например, как в случае с туманностью, на увеличение газовой оболочки. Этот принцип лежит в основе работы большинства холодильников.
Самая низкая в Солнечной системе
ГДЕ Луна
СКОЛЬКО –240 °С
Казалось бы, чем дальше от Солнца, тем холоднее, и в некоторой степени это верно. В тройку самых холодных мест входят спутник Нептуна Тритон (не выше –237,6 °С), Плутон (–230 °С) и, неожиданно, — Луна.
Почему так холодно на Тритоне, понятно: как-никак 4,5 миллиарда километров от Солнца. Плутон холоднее, чем должен быть, из-за того, что азотный лёд на его поверхности тает при приближении планеты к Солнцу и вновь образуется при удалении. В результате поверхность охлаждается подобно телу потеющего человека. Луна же стала рекордсменкой за счёт глубоких кратеров, дна которых не достигает солнечный свет. Притом что её поверхность может разогреваться более чем до 100 °С.
Надо заметить, в Солнечной системе ещё много, очень много неисследованных тел, и, вполне возможно, какие-то объекты из Облака Оорта или пояса Койпера могут подвинуть Луну с пьедестала.
Самая низкая из созданных человеком
ГДЕ Лаборатория низких температур, Хельсинкский технологический университет
СКОЛЬКО 50 пикокельвин (0,000 000 000 05 К)
Многие материалы проявляют удивительные свойства при сверхнизких температурах. Например, металлы становятся сверхпроводящими, жидкости и сконденсированные газы — сверхтекучими. При температуре около абсолютного нуля существует конденсат Бозе — Эйнштейна, состояние вещества, при котором все атомы приобретают один и тот же энергетический уровень и становятся неотличимы друг от друга.
Весной этого года физик Марк Касевич и его коллеги из Стэнфордского университета смогли охладить конденсат из 100 тысяч атомов рубидия до температуры около 50 пикокельвин, говорится в статье, опубликованной в Physical Review Letters. Таких показателей удалось достигнуть с помощью специального лазера, подавлявшего движение атомов.
Самая низкая на Земле
ГДЕ Станция «Восток», Антарктида
СКОЛЬКО –89,2 °С
Восток — дело не только тонкое, но и очень холодное, если речь идёт об антарктической станции. Температурный рекорд –89,2 °С, зафиксированный советскими метеорологами в 1983 году, сейчас пытаются оспорить. Например, недавно сообщалось, что рядом с японской полярной станцией «Купол Фудзи» было на два градуса холоднее. Однако измерение проводилось с помощью спутника, а он считывает только температуру поверхности, а не воздуха.
За право считаться полюсом холода в Северном полушарии борются два населённых пункта в Якутии: город Верхоянск и село Оймякон (на самом деле правильнее говорить о местности Оймякон, ибо наблюдения ведутся в 40 километрах от села). Похоже, что в Верхоянске рекордная температура всё же немного ниже и составляет –67,8 °С.
Впрочем, защитники Оймякона не сдаются и не только пытаются подвинуть соседей-соперников, но и посягают на общемировой рекорд. Станция «Восток», справедливо замечают они, находится на высоте более трёх километров над уровнем моря, а Оймякон — 700 метров, и если привести их к одному уровню, Оймякон будет самым холодным местом на планете. В этих рассуждениях, правда, забывается Верхоянск, находящийся чуть более чем в сотне метрах над уровнем моря.
Источник
5 научных открытий, которые поражают своим холодом
Наука, без сомнения, является одной из самых интересных вещей во Вселенной. И она не перестаёт поражать нас каждый день. Мы раскрыли многие тайны мира, которые ранее приписывали мифическим существам, и, возможно, недалёк тот день, когда ответы почти на все вопросы будут известны. Впрочем, сам факт их раскрытия не убережет нас от мракобесия и глупости. Но у каждого есть доступ к плодам учёных, которые помогают сделать человека лучше. BroDude внимательно следит за новыми или интересными научными открытиями и не перестанет рассказывать о том, что может тебя удивить. На этот раз подборка включает в себя действительно удивительные открытия.
1. Абсолютный ноль
Ультрахолодные эксперименты проводятся на самом современном оборудовании, которое доступно в наш век. Но, как это обычно бывает, теория идёт впереди практики и технических возможностей. Идея об абсолютном нуле возникла прежде, чем у каждого из нас появились холодильные камеры. Это был XVIII-XIX век, когда в 1702 году ученые предположили возможность конечной температуры, а в 1848 году лорд Кальвин разработал теорию, согласно которой её значение было -273,15 градусов по Цельсию.
Температура – это энергия, связанная с движением частиц, а абсолютный ноль – это тот момент, когда частицы останавливаются. Это не просто конец шкалы температур, это её отсутствие. Температура лишается возможности передачи тепловой энергии.
Абсолютный ноль – это не просто цифра на термометре, это граница существования, за которой ничего нет. Это минимальный предел температуры, которую может иметь физическое тело во Вселенной. Мы нашли это значение гораздо раньше, чем изобрели холодильники. А теперь, благодаря кропотливому изучению этого вопроса, у тебя есть лёд в твоём коктейле.
2. Мы увидели, как Вселенная испускает свой первый свет
Учёные не просто так говорят о том, что происходило миллиарды лет назад. Чего стоит только факт того, что мы в состоянии увидеть первый свет, испускаемый нашей Вселенной.
Существование реликтового излучения было предсказано ещё Гамовым в рамках теории Большого взрыва. А термин ввёл наш астрофизик И.С. Шкловский. По сути, реликтовое излучение – это микроволновое фоновое излучение, которое существовало уже в первые 400 000 тысяч лет Вселенной (очень мизерный срок, если говорить о космосе).
Более 13 миллиардов лет назад Вселенная расширялась достаточно настолько, чтобы можно было увидеть свет. И этот свет по-прежнему есть, и мы можем увидеть его. Мы будто смотрим на детские фотографии нашего космического дома. И этот свет нам о многом говорит, потому что Вселенная тогда была иной. И реликтовый свет имеет лишь 3 градуса выше абсолютного нуля, когда изначально он имел температуру в 3000 градусов по Цельсию.
3. Мы нашли самый холодный естественный объект во Вселенной
Вселенная, словно бесконечный магазин игрушек, – никогда не знаешь, что ожидает тебя в следующем отделе. Но поиск конкретных объектов походит на поиск иголки в стоге сена при допущении, что этот стог сена размером с звезду. Несмотря на трудности, людям всё-таки удаётся найти что-то уникальное в наблюдаемой Вселенной.
Этой крутой штуковиной оказалась Туманность Бумеранг, расположенная на расстоянии в 5000 световых лет от Земли в созвездии Центавра. В 1995 году 15-метровый субмиллиметровый телескоп Европейской южной обсерватории в Чили смог определить эту туманность как самое холодное из известных мест во Вселенной. Температура туманности равна -272 градуса по Цельсию. О чём это говорит? О том, что данная планетарная туманность даже холоднее, чем реликтовое излучение от Большого Взрыва. На данный момент это единственный астрономический объект, который обладает настолько низкой температурой.
4. Космическая обсерватория Планка
Она, кстати говоря, тоже холодная, ведь без охлаждения этой космической обсерватории, которая размещена, соответственно, в космосе, невозможно будет получить оригинальные фотоны от реликтового излучения.
Система охлаждения Планка является шедевром техники низких температур. И она прекрасно работает в течение многих лет, обеспечивая нас наиболее точными измерениями космологических данных. Её работа не просто дала нам представление о ранней Вселенной, она дала нам карту этой самой Вселенной. В период с 2009 по 2010 года астрономический спутник Европейского космического агентства успешно закончил свою основную работу, а дополнительная миссия завершилась уже в октябре 2013 года.
В общем, это устройство уже на пенсии, так что не будет лишним вспомнить его заслуги:
– мы узнали, что мир состоит на 4,9% из обычного вещества, на 26,8% из тёмной материи и на 68,3% из тёмной энергии;
– мы узнали, что с момента большого взрыва прошло 13,80 млрд лет;
– существуют три типа нейтрино: электронное, мюонное и тау-нейтрино;
– было подтверждено отличие спектра первоначальных возмущений материй от однородного.
5. Cамое холодное вещество
Вселенной удалось создать туманность, которая всего лишь на одну степень выше абсолютного нуля. Таким образом, Туманность Бумеранг является самым холодным объектом в наблюдаемой Вселенной. Но человек использовал пару тонн брутальной науки, чтобы обойти Вселенную и в этом, создав такую штуку, как конденсат Бозе-Эйнштейна.
Что это такое? Это агрегатное состояние вещества, основу которого составляют бозоны, охлажденные до температур, близких к абсолютному нулю (меньше миллионной доли градуса выше абсолютного нуля). За создание этого конденсата учёным присудили Нобелевскую премию по физике. Это был 2001 год.
Результаты, кстати говоря, были получены благодаря сотрудникам Лаборатории холодного атома на прототипе установки, которая предназначена для работы на международной космической станции в 2016 году.
С практической точки зрения данные исследования помогут создать более чувствительные квантовые детекторы, а также сверхточные атомные часы, которые могли бы стать новым стандартом измерения времени.
Источник