Самая низкая температура на Земле и во Вселенной
В жаркую погоду, доставая прохладную бутылочку с водой, многие наверняка мечтали хотя бы на пять минут оказаться на ее месте в холодильнике. Там примерно 6 градусов по Цельсию, а в морозильной камере еще «свежее» — температура опускается до минус 24 градусов. А где самая низкая температура на Земле? А во Вселенной? «Энергия+» предлагает отправиться в виртуальное путешествие по самым холодным местам в мире, а также космосе, и выяснить, есть ли где-то предел отрицательных температур.
Большой минус
Начнем наше путешествие с вершин самых высоких гор, где снег лежит круглый год. Там так холодно из-за того, что тепло быстрее покидает нагретую солнцем поверхность: у него меньше препятствий в виде парниковых газов по сравнению с уровнем моря. Впрочем, даже на вершине Эвереста (вершин выше, как мы все знаем, на Земле не существует) температура не опускается ниже минус 30 градусов Цельсия. Где же тогда искать самую низкую температуру на Земле?
Другое дело — приполярные регионы. На их территории в основном падают косые лучи Солнца, а потому эти территории получают меньше энергии на единицу площади. Рекордсменами в северном полушарии традиционно остаются Крайний Север России, Сибирь, Дальний Восток, Аляска и Гренландия. Несмотря на суровые условия — холод и пронизывающий ветер — там живут и работают люди. Так, в якутском поселке Оймякон была зафиксирована самая низкая температура на Земле среди участков, заселенных людьми. Термометр там показал рекордные минус 77,8 градусов Цельсия.
На платформе «Приразломная» в Печорском море — единственной платформе, ведущей добычу нефти на российском арктическом шельфе, — зимняя температура доходит до минус 50 градусов Цельсия! Добыча энергии ведется в условиях большой влажности и ледяных ветров. Если бы вы, будучи на «Приразломной» в самый холодный день в году, посмотрели прогноз погоды на вашем смартфоне, то в графе «по ощущениям» увидели бы число «минус 78»! Не удивительно, что работающих там нефтяников называют героями.
Мчимся на противоположный конец планеты: южный полюс. Именно там, в Антарктиде, расположена российская научная станция Восток, на которой 21 июля 1983 года была зафиксирована самая низкая температура на Земле — минус 89,2 градуса Цельсия. Южный полюс находится на континенте, в то время как Северный — на поверхности заледеневшего океана. Океан лучше проводит и хранит тепло, чем суша, поэтому на Южном полюсе холоднее.
Абсолютный ноль
Перед тем, как лететь за пределы Земли в поисках более «прохладных» местечек, выясним, существует ли в природе предел низких температур? Ответ — да, существует, и этим холод отличается от тепла: тела могут быть неограниченно горячими.
Посмотрим в виртуальный микроскоп на любое тело. Оно состоит из постоянно движущихся атомов и молекул. Чем тело горячее, тем больше средняя скорость движения и энергия составляющих его частиц. Логично предположить, что, когда все атомы и молекулы остановятся, температура станет самой низкой, то есть достигнет своего отрицательного предела. Эта гипотетическая точка на термометре называется абсолютным нулем и составляет минус 273,15 градусов Цельсия.
К идее абсолютного нуля пришел в 1848 году физик Уильям Томсон, более известный как лорд Кельвин. Он предложил сместить температурную шкалу так, чтобы абсолютному нулю соответствовал ноль градусов. Такая шкала теперь носит его имя, а единицей измерения температуры с ее помощью стал кельвин. Один кельвин численно равен градусу Цельсия, и, чтобы перевести температуру из градусов Цельсия в кельвины, нужно прибавить к ней число 273,15.
Космический холод
Бросаем в рюкзак термометр со шкалой Кельвина — она лучше подходит для разговора о самой низкой температуре в Солнечной системе: чем дальше мы от родной звезды, тем слабее ее лучи нагревают вещество. Самой холодной точкой этой части космоса долгое время считалась поверхность Плутона, ее температура достигает 40,4 кельвина (минус 232,75 по Цельсию). Но совсем недавно астрономы сообщили, что на Луне есть полярные кратеры, дно которых закрыто стенками кратера от солнечного света и охлаждается до 25 кельвинов (минус 248,15 по Цельсию)!
Если улететь от Солнца еще дальше, в пустоту межзвездного пространства, где нет практически ни одного атома или молекулы, какую температуру покажет наш термометр? Опустится ли столбик до абсолютного нуля? Увы. Даже в открытом космосе пространство постоянно пронизывают летящие во все стороны микроволны. Это так называемое реликтовое излучение — электромагнитное эхо Большого взрыва. Реликтовому излучению тоже можно присвоить температуру: она равна 2,7 кельвина (минус 270,45 по Цельсию).
Поностальгировав о Дне рождении всей материи, отправляемся туда, где еще холоднее. Рекорд принадлежит туманности Бумеранг, которая образована потоком газа, расширяющимся под действием звездного ветра. При высокой скорости разлета атомы газа быстро тратят много энергии, из-за чего эффективно остывают. Этот процесс, называемый адиабатическим расширением, охлаждает ваши холодильники до 2–3 градусов Цельсия, а туманность Бумеранг — до одного кельвина!
В бытовых холодильниках по трубкам циркулирует специальный газ — хладагент. Компрессор внутри холодильника заставляет этот газ забирать тепло у камеры, где лежат продукты, и отдавать его за пределы холодильника. Именно поэтому его задняя стенка такая горячая. Похожим образом работает и морозильник.
Холод домашнего очага
Самая низкая температура, которую сотворила природа, не превышает одного градуса кельвина. Но оказалось, что и это не предел. В поисках рекорда отрицательной температуры мы неожиданно возвращаемся на Землю — в лаборатории ученых. Именно они установили рекорд в 38 триллионных долей кельвина. При такой низкой температуре некоторые атомы образуют конденсат Бозе – Эйнштейна. Его изучение помогает ученым лучше понять, как устроен наш мир на самом фундаментальном уровне.
В поисках самого холодного места во Вселенной мы, подобно принцу, ищущему себе невесту за тридевять земель, облетели весь земной шар и покорили космос. Принц в итоге нашел принцессу в своем родном замке, а мы узнали, что самое холодное место во Вселенной находится у нас под боком, в лабораториях земных исследователей. Возможно ли достичь в них абсолютного нуля? На этот вопрос пока ответа нет.
