آیا فضای خارج از جو زمین واقعاً سرد است؟

آیا فضا واقعاً سرد است؟ اگر بخواهیم پاسخ ساده ای به این سؤال بدهیم، باید بگوییم خیر، فضا سرد نیست؛ در واقع فضا نه سرد است و نه گرم، اما اگر به فضا بروید ممکن است یخ بزنید یا به شدت بسوزید. دلیل این تناقض به تعریف دما و گرما باز می گردد و البته تصورات اشتباه زیادی نیز در مورد این موضوع وجود دارد.

در فضا هیچ چیزی نیست، یعنی با محیطی کاملاً خلاء روبرو هستیم که دمایی ندارد. ما روی زمین هم محیط خلاء ایجاد می کنیم و می دانیم که ضرورتاً سرد نیستند، بلکه فقط از انتقال گرما جلوگیری می کنند.

در واقع، سرما به معنای فقدان گرماست، اما در فضای بیکران منابع عظیم حرارت مانند خورشید وجود دارند که اجسام نزدیک خود را گرم می کنند، و مقدار این حرارت به فاصله جسم از منبع بستگی دارد.

خارج از جو زمین چه اتفاقی می افتد؟

فرض کنید انسانی بدون پوشش محافظ، از جو زمین خارج شود و روبروی خورشید قرار گیرد. در این صورت، قسمت جلوی بدن او که رو به منبع انرژی قرار گرفته، به شدت گرم شده و پشت بدنش نیز به مرور سرد می شود، تقریباً شبیه زمانی که در یک شب بسیار سرد در بیابان دور آتش حلقه زده باشید (البته فعلاً فاکتورهای دیگری مثل اکسیژن و فشار هوا را نادیده بگیرید).

به عنوان مثال می توانید ماه را در نظر بگیرید، که تقریباً هیچ اتمسفری ندارد و تعیین وضعیتش بسیار ساده تر از زمین است. بخشی از این جسم که رو به خورشید قرار گرفته، دمای بسیار بالایی در حدود 120 درجه دارد، اما در مقابل دمای نیمه تاریک آن به حدود 170- درجه می رسد.

البته شاید بپرسید با وجود دریافت مداوم انرژی خورشید، چرا دما تا بی نهایت بالا نمی رود؟ پاسخ این است که اگرچه فضا از نظر انتقال حرارت به صورت رسانش یا همرفت، کاملاً عایق محسوب می شود، اما اجسام می توانند از طریق تابش امواج فروسرخ به دفع گرمای خود بپردازند.

تمامی اجسام تابش دارند، و هرچه گرم تر باشند، شدت این تابش نیز بیشتر می شود تا زمانی که به تعادل برسد. در فاصله زمین تا خورشید، دمای تعادل اجسام در معرض خورشید حدوداً 120 درجه سانتیگراد است، اما در فاصله سیاره تیر، دمای تعادل نزدیک به 448 درجه خواهد بود.

با این حال، سمت پشت به منبع انرژی هم تابش فروسرخ دارد، اما سرعت از دست دادن حرارت این بخش بسیار کمتر از سرعت افزایش دمای سمت مقابل است. به همین دلیل هیچ جسمی در مواجهه با فضای بیکران به سرعت منجمد نمی شود.

از طرفی اجسام فیزیکی به صورت داخلی نیز انتقال حرارت دارند و بنابراین مقداری از گرمای سمت رو به منبع تابش، به سمت دیگر منتقل می گردد. به همین دلیل در فاصله زمین از خورشید، کاهش دما در حدود 160- درجه سانتیگراد متوقف می شود. این رقم در مدار پلوتو به حدود 217- درجه می رسد.

طبق محاسبات علمی، در محدوده فضایی بین خورشید تا مدار سیاره مریخ، با مشکل گرم شدن بیش از حد مواجه هستیم و به همین دلیل فضاپیماهایی که در این بازه فعالیت دارند، از پوشش های محافظ و لایه های بازتاب دهنده استفاده می کنند تا انرژی خورشید را جذب نکنند.

زمانی که به سطح مریخ برسیم، حفظ گرما مشکل می شود و به همین دلیل مریخ پیماها به منابع حرارت داخلی مجهز شده اند تا تجهیزات الکترونیکی خود را در برابر دفع بیش از حد حرارت و نهایتاً انجماد، محافظت نمایند.

تصور سرد بودن فضا از این حقیقت ناشی می شود که در غیاب منبع حرارت، هر جسمی بالاخره آنقدر حرارت از دست می دهد که دمای آن به پایین ترین حد ممکن برسد؛ اما این سرد شدن تا کجا ادامه می یابد؟

محاسبات و تحقیقات نشان می دهند دمای سردترین بخش جهان هستی حدود 2.7 کلوین، یعنی 2.7 درجه بالاتر از صفر مطلق است. البته یافته های اخترشناسان حاکی از آن هستند که «سحابی بومرنگ» در فاصله حدود 5000 سال نوری از زمین، رکورد سردترین نقطه کیهان را با دمای 1 کلوین دارد.

می دانید دستیابی به دمای صفر مطلق (273- درجه سانتیگراد) ممکن نیست، چون در این حالت به ایستایی کامل می رسیم، انتروپی از بین می رود و تمامی ذرات از ارتعاش باز می ایستند. به عقیده دانشمندان دمای 2.7 کلوین به خاطر «تابش زمینه کیهانی» (Cosmic Microwave Background Radiation) به وجود می آید که پس از مهبانگ در سرتاسر کیهان جریان دارد.

جمع بندی

همان طور که دیدید، اگر جسمی از سطح زمین به فضا پرتاب شود، با خروج از اتمسفر بیشتر با مشکل افزایش دما مواجه خواهد شد تا سرما، که معمولاً با استفاده از عایق های مخصوص، چرخش مداوم و سیستم های انتقال حرارت داخلی، این مسئله رفع می شود.

اما اگر فضای بسیار دوردست و بدون هرگونه منبع تابش مانند خورشید، مثلاً فضاهای بین کهکشانی را در نظر بگیریم، باز هم هیچ جسمی در آنجا به طور ناگهانی منجمد نمی شود، بلکه به تدریج با تابش امواج فروسرخ به اعماق فضا، حرارت خود را از دست می دهد تا جایی که به دمای حدود 2.7 کلوین برسد.

بنابراین خطر اصلی پیش روی انسان در فضا، انجماد نیست، بلکه خلاء است. بدن انسان به فشار خارجی مانند فشار هوا نیاز دارد تا تمامی قسمت های داخلی سر جای خود باقی بمانند و به درستی کار کنند.

دانشمندان می گویند اگر انسان را بدون هیچگونه محافظی داخل فضا بفرستیم، همان ابتدای کار پرده های گوش او متلاشی شده و سپس بدن و مغز او باد می کند، تا نهایتاً از کار می افتد. پس برخلاف آنچه در فیلم های علمی-تخیلی می بینیم، وقتی فردی را به اشتباه (یا به عمد) از دریچه فضاپیما به بیرون پرتاب کنیم مرگی دردناک را تجربه خواهد کرد و اصلاً کار به سرما و انجماد ناگهانی نمی کشد.