[科普中国]-科学百科知识第11期丨为什么人们说“宇宙空间的低温”？一个空虚的宇宙空间怎么会有温度呢？

本期为大家带来：

《你知道吗——现代科学中的100个问题》

本书是阿西莫夫的优秀作品之一。 作者以通俗的语言，深入浅出地解释了现代科学中的一百个尖端课题。 其中，有些是了解现代科学技术所必须具备的基础知识，如科学的研究方法、二进制数、相对论、亚原子粒子、核聚变、熵、晶体、病毒等。有些则是当代科学技术的前沿阵地，如黑洞、统一场论、夸克、快子、金属氢等。
作者对这些问题的来龙去脉，它们目前处在什么样的状态、有没有希望得到解决等问题均作了回答。

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第十一个问题**： 为什么人们说“宇宙空间的低温”****？一个空虚的宇宙空间怎么会有温度呢？**

其实，既不应该这样说，也不能这样说。温度是一定数量的物质中每一个原子的平均含热量，因此，只有物质才能有温度。

假定宇宙空间存在一个像月球那样的天体，而这个天体距离它最近的恒星有好几光年，在这样的条件下，如果这个“月球”表面的初始温度是２５℃的话，那么，这个“月球”一方面将会由于辐射而不断失去热量，而另一方面则会从遥远的恒星的辐射而获得热量。但是由于从这些恒星到达这个“月球”的辐射很少，因此不可能抵偿“月球”本身的辐射而失去的热量，结果，这个“月球”的表面温度就会立即开始下降。

随着这个“月球”表面温度的不断下降，因它本身的辐射而失去热量的速率将会越来越少，到最后将出现这样一种情况，这时，它的表面温度已经如此之低，以致因它本身的辐射而失去的热量将会小到足可以和它从遥远恒星所吸收的辐射相平衡。这时，这个“月球”的表面温度确实是很低很低的，只稍稍超过绝对零度。人们在谈到“宇宙空间的低温”时，他们想到的例子正是这种离开所有恒星都很遥远的“月球”的极低表面温度。实际上，我们的月球离开恒星并不太远，它离其中一个恒星——太阳——的距离很近，还不到１．５亿公里。假定我们的月球仍然处在它现在的位置上，但它永远只有一面向着太阳，那么，这一面将不断地吸收太阳的热，直到面向太阳的这一面中心的温度大大超过水的沸点。只有在这样高的温度下，由它本身的辐射而失去的热量才会和来自太阳的巨大热流相平衡。

但是，来自太阳的热只能以非常慢的速度透过月球本身的绝热物质，所以，背着太阳的那一面几乎不会获得热量，它所得到的一点点热量也会辐射到宇宙空间中去。**这样，永远背离太阳的一面就将处于“宇宙空间的低温”状态。**然而，我们的月球是相对于太阳进行自转的，所以每自转一次其表面的各个部分平均只能从太阳那里得到相当于两个星期的辐射热。在这种只能从太阳获得时间有限的辐射的情况下，月球上只有个别地方的表面温度才勉强达到水的沸点。而在长夜中，其温度在任何时候都不会低于绝对温标１２０度（从我们地球上的标准来说，这个温度是相当低的），这是因为温度尚未下降到比这更低的时候，太阳就又升上来了。但是，地球上的情况则与此大不相同，因为地球上有大气和海洋。海洋同光秃秃的岩石相比，能够更有效地吸收热，而且散热的速度也慢得多。它所起的作用就像一个热褥垫那样，当太阳晒的时候，它的温度不会上升得像陆地那样快，没有太阳的时候，它的温度也不会下降得像陆地那样快。此外，地球的自转速度很快，所以地球上大多数地方每次只经历十来小时的白天和黑夜的变化。

同时，地球大气所造成的风也会将热量从向阳的一面带到背阴的一面，以及从热带带到两极。正因为如此，尽管地球和月球离太阳的距离大致相等，地球所经受的温度变化范围却比月球小得多。一个处在比南极还要低的温度下的人如果被放到月球的背阴处，那将会发生什么情况呢？情况不会像你可能想象的那么严重。在地球上，即使穿着绝热服，我们的体温也会相当快地发散到大气层和大气层的风中去——它们会把我们的体热迅速带走。在月球上，情况就大不相同了。在那里，一个身穿保温宇宙服和宇宙靴的人，几乎一点也不会失去体热。因为在那里，体热既不会靠传导传到体外，也没有风通过对流现象把它带到空虚的空间中。他将会如同一个被放置在真空中的保温瓶那样，只可能辐射出极少量的红外线。在这种情况下，冷却将是一个十分缓慢的过程。
当然他的身体本身会不断地产生热量，所以他将会更容易感到太热，而不会感到太冷。