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太空溫度接近絕對零度!為何空間站還特殊裝置進行散熱呢?
太初物質是什麼意思
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宇航員的太空服那麼厚,是因為要禦寒嗎?如果宇宙的溫度極低,為什麼身處太空環境的空間站,不除寒保暖,卻還需要特殊裝置進行散熱呢?
今天我們就來聊聊,宇宙的溫度究竟有多低。
宇宙的溫度
很久很久以前,
地球還是一顆毫無生命可言的“大火球”,內部充滿了岩漿。
經過數百億年的演變,地球有了水,大氣和適宜的溫度,才變得如此宜居。
詩云“春江水暖鴨先知”,可見溫度總是潛移默化的改變,並無聲無息地影響著地球的環境。
試想如果沒有太陽,為我們提供足夠的熱量,可能地球會像冰藍的天王星和海王星那樣,只是一顆冰封的行星。
那太陽的熱量,是怎樣到達地球的呢?
我們知道,熱量地交換和傳遞,一般需要一定的介質。固體之間存在熱傳導,而液體和氣體間往往是熱對流。
其本質,都是透過分子運動實現的熱能傳遞。
但是在太空中,空間廣袤無垠,物質過於稀少,所以,環境接近真空。這就使得溫度的傳播和集散,需要透過熱輻射的方式進行傳導。
其過程是相當緩慢,所以太陽燃燒了數億年後,地球才獲得了足以誕生生命的光和熱。
對地球上的人類而言,零下幾十攝氏度已經是人類生存的極限,但是放到太空中,這簡直不值一提。因為太空的溫度,是接近絕對零度(-273。15攝氏度)的。
所謂絕對零度,就是指能夠使理想氣體停止分子運動的溫度。
但是,這是一個相對理想的理論值,因為由於宇宙大爆炸產生了餘溫,使得宇宙的溫度得到了一點點提升。所以準確地說,太空的溫度應該是零下270。4度左右。
在如此冷酷的環境下,人類又是如何遨遊太空,並在大氣層外建立空間站,長期停留和生存的呢?
低溫下運轉的空間站
一天內,就能經歷16次日出日落的空間站,在太空是如何運轉的?空間站的運轉會產生熱量嗎?
自從上世紀人造衛星上天后,人類對太空的探索活動,就頻繁開展起來。
載人航天技術的發展,使得地球大氣層外的人類活動得以實現。各國航空航天技術的內卷,使得人類迫切地想擴大各自在太空的影響力。
國際空間站應運而生。念及零下270。4度的宇宙低溫,有人會問,不同於“短暫的”載人飛行,想要長久地在太空執行,一定要首先考慮如何克服宇宙低溫吧?
其實相對於低溫,其實空間站更怕的是高溫!
這是因為,太陽的熱輻射是源源不斷的。即便是在大氣層之外,我們也還是處在太陽系中,距離地球相對較近的位置內。
雖然當空間站漂浮於地球陰面,要面對零下157攝氏度的嚴寒。
但更多的時候,空間站還是要面朝太陽,接受高達121攝氏度的陽光洗禮。
由數以萬計的零部件構成的空間站,工作運轉時,就會產生大量的熱量。但是因為太空中的熱輻射效率很低,所以這些熱量並不容易在真空狀態下散發。
一旦溫度得不到調節,空間站的裝置就很有可能遭到損壞。
要知道,雖然溫度有絕對零度的下限,但是卻無明確的上限。也就是說,不光成百上千攝氏度的高溫存在,而且幾萬幾十萬攝氏度的高溫也不是不可能!
所以空間站不但要保溫,更要想辦法隔熱,否則空間站可能隨時面臨空中解體的風險,宇航員們的生命安全,也會受到嚴重威脅!那空間站是怎樣克服散熱難題的呢?
空間站如何散熱
太空那麼冷,怎麼國際空間站散熱就如此困難?科學家又是利用什麼方式,給空間站增加散熱的呢?
其實想想帶有真空夾層的保溫飯桶,你就應該能明白其中的道理。表示物體冷熱程度的溫度,從物理角度說,就是分子或原子熱運動的劇烈程度而已。
熱量的傳導必須是在有分子物質分佈的空間內才能進行。
而保溫桶的真空夾層,隔絕了內外熱量傳遞的介質,所以分子運動停止或減少,從而達到了保溫或保冷的效果。
所以反過來思考,吸收熱量需要熱傳遞、熱對流和熱輻射,散熱的方法,便也是這三種。
為了對抗宇宙環境的冷熱,科研人員將一種“多層隔熱層”的高反射層,覆蓋在空間站的外部,避免了過多太陽輻射的進入,和空間站飛入地球陰影后的相對低溫。
除此之外,科學家還採取了更加主動的散熱方式。
不同於電腦主機板散熱的小風扇,和汽車散熱的水冷系統,因為太空中既沒有空氣,也沒有水,所以科學家們便想到了,用加速熱輻射的方式,依靠電磁波傳遞熱量進行主動散熱。
其具體做法是,在熱輻射緩慢熱量的同時,依靠艙體傳導部分熱量到陰面,並增加熱對流。
同時,科學家還將冷卻液流動管道,,安裝在了空間站的內部。
當迴圈的冷卻液,流經裝置發熱的位置時,便可以吸收並帶走這些熱量。然後,將其傳送至空間站外部散熱片上,再透過熱輻射的方式,將熱量傳遞到太空中。
那空間站的熱量,又散到哪裡去了呢?因為熱量總是由溫度高的地方,向溫度低的地方傳遞,所以即便宇宙空間的物質存在確實十分稀少,接近真空,可也不是一點沒有。
有科學家發現,在宇宙中除了已知存在質量的物質,還有近95%,是肉眼不可見的暗物質和暗能量。
這些物質和能量,是否也存在熱量和能量的傳導,我們尚且不得而知,但是密度差的存在,必然會令空間站散失的熱輻射,最終會散失到宇宙空間內,以趨近於平均。
所以雖然宇宙中溫度極低,但是空間站依然要在太空,做好散熱工作。
地球之外,宇宙空間站的興起,為我們提供了越來越多大氣層外的資訊,我們的宇宙探索之旅將不斷前進。
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