宇宙中最冷的地方是哪裡?

哲學詩畫

雖然宇宙中的恆星數量極多,但宇宙空間其實很冷,其平均溫度大約為零下270.42攝氏度(理論上最低的溫度絕對零度為零下273.15攝氏度),這是瀰漫在整個宇宙的微波背景輻射的溫度。除了在實驗室中實現的人造低溫之外,天文學家在宇宙中發現的最冷地方令人意想不到:一片圍繞著垂死恆星的星雲。這片星雲被稱為回力棒星雲(又稱布莫讓星雲),其溫度低至零下272.15攝氏度,僅比絕對零度高了1度,使其成為目前已知宇宙中最冷的自然地方。那麼,為什麼這片星雲的溫度會如此之低呢?

回力棒星雲是行星狀星雲的前身,這是一片年輕的星雲,在其中間是一顆正在死亡的恆星。這顆恆星的結構已經非常不穩定,正在拋射出高速運動的氣體,速度高達164千米/秒。隨著這些氣體在太空中快速運動,它們的體積隨之迅速膨脹,從而使溫度急速下降。這裡稍微解釋一下氣體體積膨脹導致溫度下降的原理:因為氣體的體積膨脹,氣壓下降,從而減慢氣體分子的熱運動速度。溫度用於表徵分子熱運動的快慢,氣體分子運動越慢,則氣體就越冷。這就是為什麼回力棒星雲的溫度甚至比宇宙大爆炸殘留下的微波背景輻射還要冷。

在大約50億年之後,我們的太陽也會經歷這個過程。到那時,太陽中心的氫燃料耗盡,結構變得不穩定,太陽會不斷向太空拋射氣體。太陽的體積不斷膨脹,將會演變成紅巨星。不久之後,紅巨星的外層氣體被大量拋入太空中,形成行星狀星雲。而中心則會坍縮成白矮星,然後在宇宙中慢慢冷卻。

目前,人類在地球上實現的最低溫度為零下273.1499999999攝氏度,遠遠低於回力棒星雲的溫度,這是人類已測量到的最低溫度。


火星一號

施鬱

(復旦大學物理學系教授)

先談一下溫度。物質的溫度代表的是微觀組份粒子(比如對於空氣來說,組份粒子就是空氣分子)的平均動能,即運動能量。運動能量最低是零,代表靜止。因此溫度不是無限可低的,有個最低值,對應於平均運動能量為零,也就是靜止。這叫作絕對零度。在我們通常用的攝氏溫標中,絕對零度就是零下273.15度。

在地球上,大自然的最低溫度是攝氏零下89.2度。在月球上,最低溫度是攝氏零下247度。在火星上,最低溫度是零下125度。

在宇宙空間,目前已知的最冷的地方是半人馬星座的飛鏢星雲(由形狀命名,但是更像蝴蝶結),這是距離地球5000光年的行星星雲。那裡的溫度是比絕對零度高1度!這是很低的,要知道,宇宙空間充斥的微波背景輻射是比絕對零度高3度。這是目前已知的唯一的比微波背景輻射冷的天體。這個星雲是由從中心的一個老化的恆星向外膨脹的氣體和塵埃形成的,氣體膨脹速度是每秒165404.8米。1995年被天文學家用49英寸的瑞典-歐洲空間望遠鏡-亞微米射電望遠鏡發現。

然鵝!其實最冷的地方是在冷原子實驗室,那也是在宇宙之中啊。 目前最冷紀錄保持者是在麻省理工學院Ketterle教授的實驗室,他們用磁場和重力束縛的鈉原子氣的溫度最低達到只比絕對零度高10億分之0.5!在如此低的溫度,原子形成了玻色-愛因斯坦凝聚體。

這是他們1995年創造的紀錄,是首次達到絕對納度以下。 我沒有找到現在這個紀錄被打破的信息。


物理文化與施鬱世界線


從現有的觀察來看,目前宇宙中溫度最低的是地球5000光年的布莫讓星雲,其溫度是零下272度,它在1979年被發現,它的形狀有點像翩翩起舞的蝴蝶。


在我們宇宙中理論上的最低溫度是絕對零度,為零下273.15攝氏度,為什麼是這個溫度呢,這是理論上物體內部原子靜止的溫度,我們覺得特別熱的時候,溫度特別高的時候,其實是物體內部原子的運動非常快速的時候,我們覺得特別冷的時候,溫度很低的時候,也就是物體內部原子運動速度特別慢的時候,但是原子的運動不可能絕對靜止,所以零下273.15攝氏度永遠是不可能達到的。布莫讓星雲的溫度僅僅比絕對零度高出了1.15攝氏度,它絕對是宇宙中原生態的冷凍冰箱。當然我們人類已經制造出了更加接近絕對零度的實驗室環境。



布莫讓星雲是一個非常年輕的星雲,位於半人馬星座。半人馬星座也是很有名的星座,它有兩顆很亮的恆星,鄭和下西洋的時候曾經藉助半人馬星座中的這兩顆閃亮星星導航。半人馬星座也是銀河系中距離地球比較近的星團。布莫讓星雲如此寒冷的原因是因為它一直在不斷膨脹,不斷地消耗內部的能量。


我們印象中的恆星是相當炙熱的,太陽的日冕溫度可以高達100萬攝氏度。但是恆星在宇宙中只佔微不足道的部分,宇宙中的大部分中的地方都是特別寒冷的,零下200度以下的溫度才是宇宙中絕大多數地方的正常溫度。只有靠近恆星的一些行星上才會比較溫暖。所以我們人類還是很幸運的,生活在了宇宙中很美麗的一片伊甸園。


科壇春秋精選

太空是一個寒冷的地方,但是國際空間站上的科學家們至少會讓它稍微變冷一點。工作人員即將啟動一個名為冷原子實驗室的小型設備,將原子置入接近絕對零度的溫度,在所有原子運動都將停止的情況下,觀察一些量子力學的怪癖。

如果你曾經偶然地研究過量子力學的研究,那麼你已經知道在這種情況下事情會變得很奇怪。

舉一個例子來說明量子物理學領域有多麼奇怪的事情,2017年初發射中國衛星,使用了被稱為量子糾纏的現象,距地球約750英里的地方發送無法破解的信息回地球。量子糾纏允許稱為“雙胞胎”的兩個粒子有一致的行為,即使它們被難以置信的長距離分開。與其中一個粒子的任何相互作用都會導致另一個粒子以相同的方式反應,就好像這兩個粒子實際上是一個粒子一樣,同時存在於兩個地方。這是一些嚴重的令人難以置信的事情,但它是完全真實的,科學家們渴望更多地瞭解其中奧秘。通過將顆粒冷卻至令人難以置信的低溫,科學家有更好的機會觀察這些顆粒的行為。空間站的低重力環境使它成為這種測試的理想場所,並且將使研究人員有更多時間在冷卻的粒子云破裂之前觀察它們。這項工作實際上將由地球上的科學家進行,這個微小的實驗室不需要空間站人員的任何協助。遠程實驗每天可以進行近7個小時,這將使研究人員有足夠的時間來嘗試解開宇宙的奧秘。


cnBeta

最冷的地方?對於人類來講,在日常生活中,零下三四十度已經不可思議了(俄羅斯的奧伊米亞康,最低溫度零下71攝氏度,還是有人居住的)。

但宇宙空間中,這些溫度算是“火爐”了。先說近的,比如月球,一顆美國的月球探測器發現了一個溫度為零下248攝氏度的坑。因為它日常都見不到陽光,而且月球也沒有大氣保溫。

再如大家所熟知的宇宙背景輻射溫度就非常之低,僅僅3開爾文而已,只比比絕對零度(-273.15攝氏度)高了3攝氏度。

但這些遠遠沒達到最低溫度

目前人類觀測到最低溫度(不包括人造溫度)僅僅比絕對零度高了1.15攝氏度。它是位於5000光年外半人馬座方位的“回力棒星雲”(見下圖形狀

這個星雲是由氣體和塵埃組成,被一顆瀕死的恆星拋射出來的,體積膨脹的十分迅速,溫度降低接近絕對零度。

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賽先生科普

據外國媒體報道,天文學家近日藉助世界規模最大的毫米級/亞毫米級地面射電望遠鏡陣列阿塔卡瑪,揭開了宇宙最冷之地的真實面貌。而在對距離地球5000光年的布莫讓星雲進行觀測時發現,這個一直被稱做回力棒的星雲,其實有著另一種外形。研究結果被認為對理解恆星的死亡過程以及其如何演變為行星狀星雲都有十分重要的意義。



布莫讓星雲是目前已知的宇宙中最冷的地方。

根據科技日報報道,布莫讓星雲是目前已知的宇宙中溫度最低的地方,達到了驚人的-272℃。其冰冷程度不僅超過大爆炸造就的宇宙背景的溫度,與絕對零度相比也僅僅高了1.15℃。

此前,這個天體之所以被稱作回力棒星雲,是因為天文學家最初使用地面望遠鏡對其進行觀察時,發現其彎曲的外觀與澳洲土著使用的武器回力棒相似,便以此命名。隨著技術手段的進步,1998年,哈伯太空望遠鏡的觀測結果對這一形狀進行了修正——看起來更像一個蝶形的領結。不過,ALMA望遠鏡最近提交的資料顯示,前輩哈伯望遠鏡也只是窺豹一斑,所謂的雙葉形結構或許只是光在可見波長下向人類展示的一個把戲。



布莫讓星雲圖片

這個終極冷酷的星體令我們著迷。藉助ALMA,我們得以對它的本質進行了更深入的認知。美國國家航空太空總署(NASA)噴氣推進實驗室首席研究員拉夫文德拉·薩哈伊表示。他作為第一作者,將論文發表於近期的《天體物理期刊》上。

在薩哈伊看來,人們從地面光學望遠鏡看到的星雲外觀,確實是一個類似領結的雙葉形或者一端有缺口的回力棒,但真實情況卻是一個快速向太空中擴展、範圍更為廣大的結構。

位於半人馬座的布莫讓星雲,是一個相對年輕的行星狀星雲,即處於生命末期的恆星的形態。此時恆星的外層已經拋散至太空,只存中心位置的白矮星不斷髮射著強烈的紫外輻射,令星雲中的氣體發光,併發出明亮色彩。

薩哈伊指出,哈勃望遠鏡觀察之所以得到領結的形象,在於雙葉形狀是大多數行星狀星雲常具有的外觀——當高速氣流從恆星中向外噴射而出時,它們會在周圍由先前紅巨星形態下所噴發的物質形成的氣體雲中,衝出一條圓形的空洞。

ALAM望遠鏡的結果證實了這一點。但天文學家發現,布莫讓星雲的雙葉形結構只存在於內部區域,而外層則是一片拉長的、近乎圓形的低溫氣體雲。另外,他們還找出了雙葉形結構形成的原因——包裹著恆星的一層毫米級塵埃顆粒。這些塵埃粒遮蔽了恆星中心發出的部分光線,逼迫其只能通過狹窄的反方向通道進入氣體雲,最終呈現出人們最初觀察到的特殊外形。


微微餓

理論上宇宙中最低的溫度就是絕對零度(-273.15℃),當然這是理論上推測的結果,事實上絕對零度是無法達到的,只可以無限接近這個數字而已,以現在的手段,人類已經可以製造零下273.14999999999℃的超低溫度,這可以說是很接近絕對零度了。但是我們的宇宙中自然而成的溫度最低的地方在哪兒呢?溫度有多麼低呢?



宇宙的微波背景輻射溫度為-270.5℃,這就是我們通常而言的“宇宙大爆炸”所遺留下來的佈滿整個宇宙空間的熱輻射,反映的是宇宙年齡在38萬年時的情況;在寒冷的宇宙中,星際塵埃的溫度可以達到-260℃;冥王星的溫度為240℃;天王星的溫度為-220℃……

而我們地球已觀測到的的最低溫度在南極大陸,已經測到了零下88.3攝氏度的低溫。那麼說到宇宙中的最低溫度,現在已經發現的是距離地球5000萬光年的布莫讓星雲,一個被稱作回力棒的星雲,布莫讓星雲是目前已知的宇宙中溫度最低的地方,達到了驚人的-272.2℃,也就是說僅有一開。



布莫讓星雲位於半人馬座,是一個相對年輕的行星狀星雲,即處於生命末期的恆星的形態,此時的恆星的外層已經拋散至太空,只存在於中心位置的白矮星不斷髮射著強烈的紫外輻射,於是令星雲中的氣體發光,併發出明亮的光彩。它其實就是一個低質量的即將死亡的恆星,剛開始的時候它會成為一顆紅巨星,之後它表面的溫度將會越來越低,並且聚集成為塵埃粒子,被吹到了外部,或許是因為恆星過快地膨脹以及過高的質量損失率,造成了它的溫度如此之低。它的外形酷似一個蝴蝶結,由速度達到每小時50萬公里的強風所致,超冷氣體遠離瀕臨死亡的中央恆星,布莫讓星雲的質量是其它類似天體的10倍到100倍,快速膨脹使其保持低溫狀態。專家推測,該星雲變冷的原因和家用冰箱的工作原理相似,即由於氣體快速膨脹的結果。



絕對零度即為是原子處於絕對靜止的溫度,這個溫度理論上永遠無法達到,只能是無限逼近。當然了,布莫讓星雲的溫度足以使原子形成玻色——愛因斯坦凝聚態。在這個溫度下,沒有任何的生命可以存在。


鏡像宇宙

宇宙之浩茫,無邊無際,既便是精確到一個星系,都難於上青天,別說還想知道最冷的地方在哪裡,能搞懂銀河系都不得了,銀河系直經可都是8光年,人類最遠探測器飛了40年的拒離用光速只要17小時。



事後說


宇宙中最冷的溫度是熱力學溫度中的絕對零度,為零下273.15攝氏度。

絕對零度是指原子絕對靜止的溫度。物體的溫度實際上就是原子在物體內部的運動。當我們感到一個物體比較熱的時候,就意味著它的原子在快速運動;當我們感到一個物體比較冷的時候,則意味著其內部的原子運動速度較慢。然而,熱力學定律也同時規定,絕對零度永遠無法達到,只可無限逼近。因為任何空間必然存有能量和熱量,也不斷進行能量和熱量的相互轉換。

目前發現,即使在遙遠的星球上或在空無一物的宇宙空間,也存在溫度,達不到絕對零度。在遙遠的冥王星上,太陽已經成為一顆小光點,不會給冥王星帶來熱量了,那裡的溫度為-234.4℃,幾乎是太陽系中最冷的溫度了。在宇宙空間,也存在絕對溫度2.7度的溫度。但這還不是宇宙中最冷的地方。

在某些星雲內部,幾乎達到了絕對零度。科學家發現,有一個行星狀星雲,叫“回力棒星雲”,位於半人馬星座,距離地球約5000光年。其內部溫度只有絕對溫度1度就是約零下272攝氏度,是“宇宙中已知的最冷天體”,也是目前發現的宇宙中最冷的地方。


天津文哥

在十分寒冷的季節,這些寒冷可以讓人體在短時間內就能凍僵或者凍傷,比如,在零下5℃以下的低溫中,手指就會被凍疼;如果處於零下14℃以下的低溫中時,如果手指與耳朵暴露在外的話,都會被凍傷;當人體的溫度下降到33℃以下的時候,身體的溫度調節能力就會出現失衡,如果體溫達不到30℃的時候,我們人體的器官就會明顯的下降,並由此失去意識,當體溫下降到22℃以下到時候,人體就會出現生命的危險,一旦體溫降低到14℃~16℃,就會被凍死。通過這一系列的數據,也充分的表明身體的抗低溫能力是非常弱的,所以,在十分寒冷的冬季,人體對低溫的承受能力是有限度的。

大多數人在寒冷的冬季都會感覺十分的痛苦難耐,然而在這麼寒冷的季節,我們能夠承受低溫卻並不是宇宙間最低的溫度,就目前科學家發現的結果來說,宇宙間存在最低溫度達到了零下273.15℃。我們可以設想一下,這是一個什麼樣的低溫程度?在對宇宙進行探索與研究的過程中,早些年間科學家就發現在距離地球5000光年的一個名叫布莫讓星雲的地方,在這裡的溫度是達到了零下272℃。這樣的低溫相對於太空存在的平均溫度零下270.3℃還要低,有了這樣的一個發現,也讓人們一度認為這是宇宙間溫度最低的地方,在這個地方,人體是不可能存活的。

說起布莫讓星雲這一發現,其實這也是科學家在對宇宙進行探索過程中的一大發現,在1979年,當時瑞典與美國的科學家藉助於巨型的望遠鏡進行星空探索的過程中,就發現了有這樣一個猶如迴旋鏢一樣的地方,有了這種發現之後,科學家們便將這個地方命名為布莫讓。

其實,繼宇宙大爆炸後,接下來的100多億年間,太空都一直處於一種高寒的環境裡面,而且這些環境的平均溫度為零下270.3℃,而與這樣的一個平均溫度相比,零下272℃的布莫讓星雲也因此成為目前所探索到的宇宙空間中最冷的地方,並且科學家們將其稱為宇宙的冰盒子。

那麼,為什麼這樣的一個地方會如此的寒冷?那就要說說這個星雲是有什麼組成的,這裡其實就是由氣體和塵埃組成的一個雲團,而這個雲團其實就是在一個正在走向死亡的恆星中發生噴射而形成的,在噴射的過程中,這個星雲也在快速的變冷,由於這個星雲是急速膨脹的,但是在這不斷膨脹的過程中,由於這個星雲周圍沒有任何的熱量,必須要藉助於自身體內的能量進行消耗,才導致了這樣的命運,擁有了如此低的溫度,這也是自然條件下形成的一種必然結果。

不過,最新的科學研究證明,布莫讓星雲這裡其實並不是宇宙間最寒冷的地方,科學家們甚至還指出,在宇宙間應該還有更加寒冷的地方,最低溫度可達到零下272.59℃。這樣的一個結果確實是十分驚人的,或許,在不斷的對宇宙空間進行探測的過程中,還會有更加寒冷的地方被探測出來。


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