零下‭270.425‬摄氏度!太空冷到什么程度?

温度反映的是粒子热运动的剧烈程度,没有任何东西的真空并没有温度的概念。但在太空中,那里并非是完全不包含任何物质的真空,只是密度低至10^26千克/立方米。


零下‭270.425‬摄氏度!太空冷到什么程度?

如果是在完全真空的状态下,温度的概念是不存在的。温度反映的是粒子热运动的剧烈程度,没有任何东西的真空并没有温度的概念。

但在太空中,那里并非是完全不包含任何物质的真空,只是密度低至10^26千克/立方米,相当于每立方米空间中存在大约6个质子,所以在很多时候可以把太空近似认为是真空。但如果要讨论温度,遍布光子的太空是有温度的概念。

在宇宙中的各个地方,均匀地分布着宇宙中最为古老的光子,它们已经在太空中传播了大约138亿年的时间。在宇宙形成38万年后,光子开始与其他带电粒子脱耦,它们第一次可以自由地在空间中传播,那时的宇宙平均温度约为3000开氏度(开氏度=摄氏度+273.15)。经过大约12万年的时间,光子完全脱耦。

零下‭270.425‬摄氏度!太空冷到什么程度?

随着时间的推移,这些光子均匀地扩散到整个宇宙空间中。不过,宇宙空间在过去138亿年里一直在膨胀,甚至在大约40亿年前还开始加速膨胀,所以宇宙最早的光子会不断红移,波长变得越来越长。到了如今,这些光子已经成为了肉眼不可见的微波,只有通过射电望远镜才能探测到它们。

在现代宇宙学中,宇宙最早光子被称为宇宙微波背景辐射,这是宇宙大爆炸理论最有力的证据之一。迄今为止,与宇宙微波背景辐射有关的研究已经诞生了两个诺布尔物理学奖。

零下‭270.425‬摄氏度!太空冷到什么程度?

上图是美国宇航局(NASA)的威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)经过9年的时间所绘制出的宇宙微波背景辐射全天图,图中显示宇宙的平均温度非常均匀。只有局部出现轻微的温度涨落,这代表的是未来会演化成星系的宇宙结构。

零下‭270.425‬摄氏度!太空冷到什么程度?

根据目前最精确的测量结果,宇宙微波背景辐射频谱与2.725开氏度的黑体辐射频谱刚好吻合,这意味着宇宙的平均温度为2.725开氏度,即零下‭270.425‬摄氏度,这就是太空的平均温度。

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