Natürlich gibt es auch ziemlich heiße Sachen. Zum Beispiel Sonnen.
Aber ist das Vakuum des Weltraums nicht der perfekte Behälter für Wärme? Und sollte die seltene Kollision mit Teilchen nicht sogar ein im All schwebendes Objekt aufheizen?
Warum sind sie nicht von Zeit zu Zeit heiß? Liegt es daran, dass sie ihre Wärme durch Strahlungswärme verlieren?
Und wenn ja, tritt Strahlungswärme immer so lange auf, bis das Objekt die gleiche Temperatur wie die Umgebung hat, oder hängt es von anderen Faktoren ab?
Nun, das Grundgesetz der Thermodynamik besagt, dass die Wärme vom heißeren zum kälteren Objekt fließt. Was dies jedoch in einer bestimmten Situation bedeutet, hängt vom genauen Mechanismus dieses Wärmeflusses ab, dh von der elementaren Wechselwirkung, die dies ermöglicht.
Lassen Sie uns also einige davon besprechen und sehen, wohin uns das führt.
Erstens gibt es die übliche konduktive Wärmeübertragung. Dies wird durch die Kollisionen der sich berührenden Materialien vermittelt (und noch makroskopischer durch eine elektromagnetische Kraft. Offensichtlich ist dieser Effekt im Vakuum irrelevant.
Zweitens gibt es Verdunstung . Selbst wenn Sie einen perfekten Kristall haben, der sehr stabil ist, besteht die Möglichkeit, dass eine große Fluktuation auftritt und eines seiner Moleküle daraus "herausgeschleudert" und in den leeren Raum geschleudert wird. Da das Molekül eine (viel) höhere Energie als die übrigen Moleküle um es herum haben muss, um sich aus dem Kristall befreien zu können, sinkt die durchschnittliche verbleibende Energie und damit auch die Temperatur. Aber dieser Effekt ist relevanter für Nicht-Kristalle (weil die Moleküle viel weniger fest gebunden sind). Würde man zB Wasser in den freien Raum geben, würde es sehr schnell durch Verdunstung gefrieren.
Nicht zuletzt Strahlung . Bei jedem Objekt mit einer Temperatur ungleich Null befinden sich viele seiner Bestandteile in angeregten Energiezuständen, und es besteht eine Wahrscheinlichkeit ungleich Null, in einen niedrigeren Energiezustand zurückzukehren und ein Photon zu emittieren. Einfacher ausgedrückt wird kinetische Energie in elektromagnetische Energie umgewandelt. Dieser Effekt ist am relevantesten für schwarze Objekte, die die gesamte Strahlung absorbieren (eine ideale Form davon wird schwarzer Körper genannt ) und am wenigsten relevant für weiße Objekte, die alles reflektieren (beachten Sie, dass die Begriffe Schwarz und Weiß hier im allgemeinen Sinne zu betrachten sind, nicht nur sichtbares Licht).
Nun, diese Effekte sind für die übliche Angelegenheit am wichtigsten. Aber es gibt auch die dunkle Materie , die nicht elektromagnetisch wechselwirkt (daher der Name), also nicht durch photonische Strahlung abkühlen würde (aber möglicherweise durch Emission anderer Teilchen, mit denen sie wechselwirkt). Zusammenfassend hängt die Wärmeübertragung sehr stark von der genauen mikroskopischen Wechselwirkung ab, die das gegebene Objekt eingehen kann.
Alles im Weltraum hat die gleiche Temperatur wie die Schwarzkörpertemperatur der Strahlung, in die es eingetaucht ist, oder eine Integration der Schwarzkörperstrahlung pro Steradianwinkel. Wenn das eine enge Umlaufbahn um die Sonne ist, ist die Temperatur heiß. Die Temperatur im intergalaktischen Raum beträgt 2,7 K.
Was ist alles? Wenn es eine kosmische Strahlung oder der Sonnenwind ist, ist es sehr heiß. 2,72 K kann es am kältesten werden, denn das ist die Temperatur der kosmischen Hintergrundstrahlung, und wenn es keine anderen Strahlungsquellen gäbe, würde das Objekt damit ins Gleichgewicht kommen. In der Praxis strömt immer irgendeine Form anderer Energie durch den Raum. Die Antwort hängt also davon ab, in welcher Nachbarschaft Sie sich aufhalten.
Tatsächlich ist der Weltraum die perfekte Umgebung, um Dinge kalt zu machen. Der Nachthimmel ist kalt genug, dass die Menschen in der Wüste Wasserschalen stehen lassen und sie morgens gefroren vorfinden, obwohl die nächtliche Lufttemperatur nie auf den Gefrierpunkt gefallen ist.
Was passiert ist, ist, dass die Tabletts ihre Wärme in den Weltraum abgestrahlt haben. Natürlich strahlte der Weltraum Wärme zurück zum Tablett, aber die Sterne sind so weit voneinander entfernt, dass die Wärmemenge, die hier ankommt, sehr gering ist.
Tagsüber gilt dies nicht. Kurz gesagt, Dinge im Weltraum werden heiß, wenn sie Sonnenlicht ausgesetzt sind, und kühlen ansonsten ab.
Wenn sich ein Gas ausdehnt, kühlt es ab. Es stellt sich heraus, dass sich das Universum seit dem Urknall sehr stark ausgedehnt hat, was bedeutet, dass es jetzt sehr kühl ist. Wenn irgendein Gas in das Vakuum des Universums gebracht werden soll, wird es sich ausdehnen und dadurch auf die Temperatur des Mediums um es herum abkühlen, wenn es nicht durch Schwerkraft zusammengehalten wird.
Omega Centauri