太空冷到零下270度,空间站却热得要散热?

国际空间站的宇航员在太空工作,竟然会担心“太热”?这听起来是不是有点不可思议?明明太空冷得能把人冻成冰棍,温度低到零下270多摄氏度,可空间站里却要忙着散热。这到底是怎么回事?

先说说太空的冷。科学家通过测量宇宙微波背景辐射,算出太空的平均温度只有2.725K,也就是零下270.4摄氏度。为什么这么冷?因为太空几乎是空的。一立方米的空间里,可能只有一个原子在晃悠。没有物质,哪来的温度?温度是分子运动的结果,没分子运动,温度自然低得吓人。

但太空的冷并不是绝对零度。绝对零度是零下273.15摄氏度,理论上所有分子都停下来,连电子都不动了。可现实里,分子总在动,哪怕动得再慢,也不可能完全停下。所以太空的温度虽然低,但还是比绝对零度高了那么一点点。这点“余温”来自138亿年前的宇宙大爆炸。那时候宇宙从一个超级热点开始膨胀,温度一路下降,留下了这2.7K的背景温度。

再来看太阳。太阳表面温度高达5500摄氏度,热得能把石头都烤化。可为什么它晒热了地球,却晒不热中间的太空?答案很简单:太阳的热量靠辐射传过来。热量传递有三种方式:传导、对流、辐射。传导是物体直接接触,像烧红的铁块放进水里降温;对流是液体或气体流动,像煮水时水底的泡泡往上跑。可这两种方式都需要介质,太空是真空,根本没介质。所以太阳只能靠辐射,把热量以电磁波的形式传到地球。

地球有大气和物质,太阳的辐射一到地球,就被吸收,变成分子运动,地球就热起来了。可太空里没东西,辐射直接穿过,啥也留不下。这就像阳光穿过玻璃,玻璃本身不会变热一样。太空空荡荡,晒不热也正常。

那国际空间站为啥还怕热?空间站里装满了设备,电脑、仪器、甚至宇航员的身体都在产热。这些热量在地球上可以通过空气传导或对流散掉,但在太空没这条件。太空是真空,热量只能靠辐射慢慢散出去。可辐射散热太慢了,空间站里设备一工作,热量攒得比散得快,时间长了,舱内温度就高得让人受不了。

为了解决这个问题,空间站装了专门的散热系统。比如,空间站表面有散热板,把热量转化成红外线辐射出去。还有液体冷却系统,把热量从设备里带到散热板上。这就像家里空调把热气排到室外一样。数据显示,国际空间站的散热系统能处理几千瓦的热量,相当于好几台电暖器同时开着产生的热量。

再说回太阳的热量。太阳靠核聚变发热,核心温度高达1500万摄氏度。氢原子核在高温高压下撞在一起,变成氦原子核,释放巨大能量。这过程跟氢弹爆炸差不多,但太阳靠自身引力控制节奏,慢慢“烧”,能烧100亿年。现在已经烧了46亿年,差不多才用了一半“燃料”。这热量通过辐射传到地球,让咱们这儿四季分明,庄稼能长。

可太空站离太阳比地球还近,为什么不被晒得更热?因为空间站外壳有特殊涂层,能反射太阳辐射,只吸收一部分热量。加上散热系统帮忙,舱内温度才能控制在20多摄氏度,舒服得跟家里似的。要不然,宇航员早被烤熟了。

这事儿背后还有个有趣的点。咱们平时用温度计测温度,靠的是空气或水里的分子撞击温度计。可在太空没分子,温度计放出去啥也测不了。这也说明,温度这东西,真得有物质才存在。太空的“冷”,其实是没东西可冷的缘故。

这也让人挺佩服科技的力量。咱们中国也有自己的空间站“天宫”,散热系统一样先进。2022年,天宫空间站完成组装,成了咱们在太空的“家”。科学家们在上面做实验,研究植物怎么在失重环境生长,研究新材料怎么造。这些成果说不定哪天就用在咱们的手机、汽车上。空间站不光是科技的展示,也是咱们国家实力的象征。


(科技责编:拓荒牛 )