Die Temperatur ist ein Maß für die auf Teilchen übertragene kinetische Energie, daher kann die Temperatur nicht gemessen werden , da der Raum Vakuum ist. Aber dann gibt es kosmische Hintergrundstrahlung. Es ist die übrig gebliebene Wärme des Urknalls, aber dann macht Wärme im Weltraum keinen Sinn, wie heizt diese Strahlung die Raumzeit auf, wenn sie technisch nicht aufgeheizt werden kann? Warum wird es außerdem als Wärme bezeichnet, wenn es ungefähr gerade ist? Kelvin, das knapp über dem absoluten Nullpunkt liegt?
Ich möchte dies in mehreren Teilen behandeln, da es hier mehrere Probleme gibt.
Sie beginnen damit, dass Sie über eine Definition der Temperatur sprechen, die auf der kinetischen Energie von Teilchen basiert (ein schönes und ziemlich allgemeines Ergebnis, das aus dem idealen Gasgesetz abgeleitet werden kann). Dann schreiben Sie "Raum ist Vakuum, Temperatur kann nicht gemessen werden" , was selbst in diesem Zusammenhang nicht richtig ist, da der Raum ein sehr gutes Vakuum ist, aber wie Crazy Buddy feststellte, immer noch mit einem sehr diffusen Gas gefüllt ist, und dessen Temperatur Gas gemessen werden kann. Es stellt sich jedoch heraus, dass die Temperatur dieses Gases keine große Rolle spielt.
Warum kümmern wir uns um die "Temperatur" des Weltraums? Wir kümmern uns darum, weil wir Fahrzeuge, Instrumente und Menschen in diese Umgebung schicken und wissen müssen, wie sie funktionieren, und die geeigneten Heiz- und/oder Kühlsysteme für sie vorbereiten müssen. Im Allgemeinen erfolgt die Wärmebewegung durch drei Kanäle, die als Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung bezeichnet werden. Für einen Körper (Raumschiff oder geeigneter Astronaut), der sich frei im dünnen, dünnen Vakuum des "Weltraums" befindet, sind weder Leitung noch Konvektion sehr wichtig (weshalb uns die Temperatur dieses Gases egal ist).
Stattdessen machen wir uns, wie John betont, nur Sorgen um den Strahlungstransfer, der von zwei Quellen dominiert wird: der Sonne und den schwarzen leeren Räumen zwischen den Sternen und Galaxien. Die Sonne ist offensichtlich sehr heiß (Gesamtfluss um eines ungefähr Schwarzkörperspektrums bei ). Die "schwarzen" Räume sind voll mit dem kosmischen Mikrowellenhintergrund, der eine sehr gute Annäherung an ein Schwarzkörperspektrum bei ungefähr ist .
Diese letzte Zahl ist das, was die Leute normalerweise mit "Raumtemperatur" meinen.
Ein schwarzer Körper strahlt nach dem Stefan-Boltzmann- Gesetz Wärme ab, und Sie können die von einem schwarzen Körper emittierte Strahlung verwenden, um die Temperatur zu bestimmen.
Wenn Sie einen schwarzen Körper in den Weltraum bringen, fern von anderen Strahlungsquellen, wird er sich erwärmen oder abkühlen (abhängig von seiner Anfangstemperatur), bis seine Temperatur 2,7 K beträgt. Bei dieser Temperatur ist die emittierte Strahlung genau ausgeglichen durch die absorbierte CMB-Strahlung. Aus diesem Grund sagen wir, dass die Temperatur der CMB-Strahlung 2,7 K beträgt, dh sie befindet sich bei dieser Temperatur im Gleichgewicht mit einem schwarzen Körper. Tatsächlich hat der CMB fast genau ein Schwarzkörperspektrum.
Später :
Obwohl es nur am Rande mit der Frage zusammenhängt, ist es diesem Haufen gelungen, die Temperatur des CMB um einen entfernten Quasar zu messen. Da wir den Quasar so sehen, wie er vor Milliarden von Jahren war, würde man erwarten, dass die CMB-Temperatur höher ist, und tatsächlich finden sie genau das.
John und dmckee haben sehr gute Antworten. Ich möchte nur etwas hinzufügen, um diesen letzten Punkt anzusprechen:
Warum wird es außerdem als Wärme bezeichnet, wenn es ungefähr gerade ist? Kelvin, das knapp über dem absoluten Nullpunkt liegt?
Dieser Zustand scheint zu fragen, warum wir Begriffe wie „Hitze“ für Dinge verwenden, die so kalt sind. Nun, "Kälte" ist nichts anderes als "nicht so heiß zu sein wie etwas anderes". Ja, ein paar Kelvin sind im Vergleich zur Raumtemperatur „kalt“. Wenn ein Objekt jedoch eine Temperatur über dem absoluten Nullpunkt hat, kann etwas kälter sein als es. Alles über dem absoluten Nullpunkt hat eine gewisse Menge "Wärme" in dem Sinne, dass es die Temperatur eines noch kälteren Gegenstands erhöhen kann, wenn sie in Kontakt gebracht werden.
Sie können an den Unruh-Effekt denken ... stellen Sie sich ein imaginäres Universum vor, in dem Sie global einen Trägheitsrahmen konstruieren können ... gemäß Unruh wird die Temperatur des Vakuums gemessen (denken Sie nur an feldtheoretische Schwankungen; ignorieren Sie jeden physikalischen Inhalt wie Gas darin), wenn Sie es betrachten von einem Nicht-Trägheitsrahmen ist proportional zu seiner Beschleunigung / also von einem Trägheitsrahmen ist es absolut Null Trägheitsrahmen: beide sind ungefähr aufgrund von GTR), um sie in verschiedenen Kontexten zu betrachten.
Waffles verrückte Erdnuss
Emart