宇宙中最冷的地方是哪里?

哲学诗画

虽然宇宙中的恒星数量极多,但宇宙空间其实很冷,其平均温度大约为零下270.42摄氏度(理论上最低的温度绝对零度为零下273.15摄氏度),这是弥漫在整个宇宙的微波背景辐射的温度。除了在实验室中实现的人造低温之外,天文学家在宇宙中发现的最冷地方令人意想不到:一片围绕着垂死恒星的星云。这片星云被称为回力棒星云(又称布莫让星云),其温度低至零下272.15摄氏度,仅比绝对零度高了1度,使其成为目前已知宇宙中最冷的自然地方。那么,为什么这片星云的温度会如此之低呢?

回力棒星云是行星状星云的前身,这是一片年轻的星云,在其中间是一颗正在死亡的恒星。这颗恒星的结构已经非常不稳定,正在抛射出高速运动的气体,速度高达164千米/秒。随着这些气体在太空中快速运动,它们的体积随之迅速膨胀,从而使温度急速下降。这里稍微解释一下气体体积膨胀导致温度下降的原理:因为气体的体积膨胀,气压下降,从而减慢气体分子的热运动速度。温度用于表征分子热运动的快慢,气体分子运动越慢,则气体就越冷。这就是为什么回力棒星云的温度甚至比宇宙大爆炸残留下的微波背景辐射还要冷。

在大约50亿年之后,我们的太阳也会经历这个过程。到那时,太阳中心的氢燃料耗尽,结构变得不稳定,太阳会不断向太空抛射气体。太阳的体积不断膨胀,将会演变成红巨星。不久之后,红巨星的外层气体被大量抛入太空中,形成行星状星云。而中心则会坍缩成白矮星,然后在宇宙中慢慢冷却。

目前,人类在地球上实现的最低温度为零下273.1499999999摄氏度,远远低于回力棒星云的温度,这是人类已测量到的最低温度。


火星一号

施郁

(复旦大学物理学系教授)

先谈一下温度。物质的温度代表的是微观组份粒子(比如对于空气来说,组份粒子就是空气分子)的平均动能,即运动能量。运动能量最低是零,代表静止。因此温度不是无限可低的,有个最低值,对应于平均运动能量为零,也就是静止。这叫作绝对零度。在我们通常用的摄氏温标中,绝对零度就是零下273.15度。

在地球上,大自然的最低温度是摄氏零下89.2度。在月球上,最低温度是摄氏零下247度。在火星上,最低温度是零下125度。

在宇宙空间,目前已知的最冷的地方是半人马星座的飞镖星云(由形状命名,但是更像蝴蝶结),这是距离地球5000光年的行星星云。那里的温度是比绝对零度高1度!这是很低的,要知道,宇宙空间充斥的微波背景辐射是比绝对零度高3度。这是目前已知的唯一的比微波背景辐射冷的天体。这个星云是由从中心的一个老化的恒星向外膨胀的气体和尘埃形成的,气体膨胀速度是每秒165404.8米。1995年被天文学家用49英寸的瑞典-欧洲空间望远镜-亚微米射电望远镜发现。

然鹅!其实最冷的地方是在冷原子实验室,那也是在宇宙之中啊。 目前最冷纪录保持者是在麻省理工学院Ketterle教授的实验室,他们用磁场和重力束缚的钠原子气的温度最低达到只比绝对零度高10亿分之0.5!在如此低的温度,原子形成了玻色-爱因斯坦凝聚体。

这是他们1995年创造的纪录,是首次达到绝对纳度以下。 我没有找到现在这个纪录被打破的信息。


物理文化与施郁世界线


从现有的观察来看,目前宇宙中温度最低的是地球5000光年的布莫让星云,其温度是零下272度,它在1979年被发现,它的形状有点像翩翩起舞的蝴蝶。


在我们宇宙中理论上的最低温度是绝对零度,为零下273.15摄氏度,为什么是这个温度呢,这是理论上物体内部原子静止的温度,我们觉得特别热的时候,温度特别高的时候,其实是物体内部原子的运动非常快速的时候,我们觉得特别冷的时候,温度很低的时候,也就是物体内部原子运动速度特别慢的时候,但是原子的运动不可能绝对静止,所以零下273.15摄氏度永远是不可能达到的。布莫让星云的温度仅仅比绝对零度高出了1.15摄氏度,它绝对是宇宙中原生态的冷冻冰箱。当然我们人类已经制造出了更加接近绝对零度的实验室环境。



布莫让星云是一个非常年轻的星云,位于半人马星座。半人马星座也是很有名的星座,它有两颗很亮的恒星,郑和下西洋的时候曾经借助半人马星座中的这两颗闪亮星星导航。半人马星座也是银河系中距离地球比较近的星团。布莫让星云如此寒冷的原因是因为它一直在不断膨胀,不断地消耗内部的能量。


我们印象中的恒星是相当炙热的,太阳的日冕温度可以高达100万摄氏度。但是恒星在宇宙中只占微不足道的部分,宇宙中的大部分中的地方都是特别寒冷的,零下200度以下的温度才是宇宙中绝大多数地方的正常温度。只有靠近恒星的一些行星上才会比较温暖。所以我们人类还是很幸运的,生活在了宇宙中很美丽的一片伊甸园。


科坛春秋精选

太空是一个寒冷的地方,但是国际空间站上的科学家们至少会让它稍微变冷一点。工作人员即将启动一个名为冷原子实验室的小型设备,将原子置入接近绝对零度的温度,在所有原子运动都将停止的情况下,观察一些量子力学的怪癖。

如果你曾经偶然地研究过量子力学的研究,那么你已经知道在这种情况下事情会变得很奇怪。

举一个例子来说明量子物理学领域有多么奇怪的事情,2017年初发射中国卫星,使用了被称为量子纠缠的现象,距地球约750英里的地方发送无法破解的信息回地球。量子纠缠允许称为“双胞胎”的两个粒子有一致的行为,即使它们被难以置信的长距离分开。与其中一个粒子的任何相互作用都会导致另一个粒子以相同的方式反应,就好像这两个粒子实际上是一个粒子一样,同时存在于两个地方。这是一些严重的令人难以置信的事情,但它是完全真实的,科学家们渴望更多地了解其中奥秘。通过将颗粒冷却至令人难以置信的低温,科学家有更好的机会观察这些颗粒的行为。空间站的低重力环境使它成为这种测试的理想场所,并且将使研究人员有更多时间在冷却的粒子云破裂之前观察它们。这项工作实际上将由地球上的科学家进行,这个微小的实验室不需要空间站人员的任何协助。远程实验每天可以进行近7个小时,这将使研究人员有足够的时间来尝试解开宇宙的奥秘。


cnBeta

最冷的地方?对于人类来讲,在日常生活中,零下三四十度已经不可思议了(俄罗斯的奥伊米亚康,最低温度零下71摄氏度,还是有人居住的)。

但宇宙空间中,这些温度算是“火炉”了。先说近的,比如月球,一颗美国的月球探测器发现了一个温度为零下248摄氏度的坑。因为它日常都见不到阳光,而且月球也没有大气保温。

再如大家所熟知的宇宙背景辐射温度就非常之低,仅仅3开尔文而已,只比比绝对零度(-273.15摄氏度)高了3摄氏度。

但这些远远没达到最低温度

目前人类观测到最低温度(不包括人造温度)仅仅比绝对零度高了1.15摄氏度。它是位于5000光年外半人马座方位的“回力棒星云”(见下图形状

这个星云是由气体和尘埃组成,被一颗濒死的恒星抛射出来的,体积膨胀的十分迅速,温度降低接近绝对零度。

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赛先生科普

据外国媒体报道,天文学家近日借助世界规模最大的毫米级/亚毫米级地面射电望远镜阵列阿塔卡玛,揭开了宇宙最冷之地的真实面貌。而在对距离地球5000光年的布莫让星云进行观测时发现,这个一直被称做回力棒的星云,其实有着另一种外形。研究结果被认为对理解恒星的死亡过程以及其如何演变为行星状星云都有十分重要的意义。



布莫让星云是目前已知的宇宙中最冷的地方。

根据科技日报报道,布莫让星云是目前已知的宇宙中温度最低的地方,达到了惊人的-272℃。其冰冷程度不仅超过大爆炸造就的宇宙背景的温度,与绝对零度相比也仅仅高了1.15℃。

此前,这个天体之所以被称作回力棒星云,是因为天文学家最初使用地面望远镜对其进行观察时,发现其弯曲的外观与澳洲土着使用的武器回力棒相似,便以此命名。随着技术手段的进步,1998年,哈伯太空望远镜的观测结果对这一形状进行了修正——看起来更像一个蝶形的领结。不过,ALMA望远镜最近提交的资料显示,前辈哈伯望远镜也只是窥豹一斑,所谓的双叶形结构或许只是光在可见波长下向人类展示的一个把戏。



布莫让星云图片

这个终极冷酷的星体令我们着迷。借助ALMA,我们得以对它的本质进行了更深入的认知。美国国家航空太空总署(NASA)喷气推进实验室首席研究员拉夫文德拉·萨哈伊表示。他作为第一作者,将论文发表于近期的《天体物理期刊》上。

在萨哈伊看来,人们从地面光学望远镜看到的星云外观,确实是一个类似领结的双叶形或者一端有缺口的回力棒,但真实情况却是一个快速向太空中扩展、范围更为广大的结构。

位于半人马座的布莫让星云,是一个相对年轻的行星状星云,即处于生命末期的恒星的形态。此时恒星的外层已经抛散至太空,只存中心位置的白矮星不断发射着强烈的紫外辐射,令星云中的气体发光,并发出明亮色彩。

萨哈伊指出,哈勃望远镜观察之所以得到领结的形象,在于双叶形状是大多数行星状星云常具有的外观——当高速气流从恒星中向外喷射而出时,它们会在周围由先前红巨星形态下所喷发的物质形成的气体云中,冲出一条圆形的空洞。

ALAM望远镜的结果证实了这一点。但天文学家发现,布莫让星云的双叶形结构只存在于内部区域,而外层则是一片拉长的、近乎圆形的低温气体云。另外,他们还找出了双叶形结构形成的原因——包裹着恒星的一层毫米级尘埃颗粒。这些尘埃粒遮蔽了恒星中心发出的部分光线,逼迫其只能通过狭窄的反方向通道进入气体云,最终呈现出人们最初观察到的特殊外形。


微微饿

理论上宇宙中最低的温度就是绝对零度(-273.15℃),当然这是理论上推测的结果,事实上绝对零度是无法达到的,只可以无限接近这个数字而已,以现在的手段,人类已经可以制造零下273.14999999999℃的超低温度,这可以说是很接近绝对零度了。但是我们的宇宙中自然而成的温度最低的地方在哪儿呢?温度有多么低呢?



宇宙的微波背景辐射温度为-270.5℃,这就是我们通常而言的“宇宙大爆炸”所遗留下来的布满整个宇宙空间的热辐射,反映的是宇宙年龄在38万年时的情况;在寒冷的宇宙中,星际尘埃的温度可以达到-260℃;冥王星的温度为240℃;天王星的温度为-220℃……

而我们地球已观测到的的最低温度在南极大陆,已经测到了零下88.3摄氏度的低温。那么说到宇宙中的最低温度,现在已经发现的是距离地球5000万光年的布莫让星云,一个被称作回力棒的星云,布莫让星云是目前已知的宇宙中温度最低的地方,达到了惊人的-272.2℃,也就是说仅有一开。



布莫让星云位于半人马座,是一个相对年轻的行星状星云,即处于生命末期的恒星的形态,此时的恒星的外层已经抛散至太空,只存在于中心位置的白矮星不断发射着强烈的紫外辐射,于是令星云中的气体发光,并发出明亮的光彩。它其实就是一个低质量的即将死亡的恒星,刚开始的时候它会成为一颗红巨星,之后它表面的温度将会越来越低,并且聚集成为尘埃粒子,被吹到了外部,或许是因为恒星过快地膨胀以及过高的质量损失率,造成了它的温度如此之低。它的外形酷似一个蝴蝶结,由速度达到每小时50万公里的强风所致,超冷气体远离濒临死亡的中央恒星,布莫让星云的质量是其它类似天体的10倍到100倍,快速膨胀使其保持低温状态。专家推测,该星云变冷的原因和家用冰箱的工作原理相似,即由于气体快速膨胀的结果。



绝对零度即为是原子处于绝对静止的温度,这个温度理论上永远无法达到,只能是无限逼近。当然了,布莫让星云的温度足以使原子形成玻色——爱因斯坦凝聚态。在这个温度下,没有任何的生命可以存在。


镜像宇宙

宇宙之浩茫,无边无际,既便是精确到一个星系,都难于上青天,别说还想知道最冷的地方在哪里,能搞懂银河系都不得了,银河系直经可都是8光年,人类最远探测器飞了40年的拒离用光速只要17小时。



事后说


宇宙中最冷的温度是热力学温度中的绝对零度,为零下273.15摄氏度。

绝对零度是指原子绝对静止的温度。物体的温度实际上就是原子在物体内部的运动。当我们感到一个物体比较热的时候,就意味着它的原子在快速运动;当我们感到一个物体比较冷的时候,则意味着其内部的原子运动速度较慢。然而,热力学定律也同时规定,绝对零度永远无法达到,只可无限逼近。因为任何空间必然存有能量和热量,也不断进行能量和热量的相互转换。

目前发现,即使在遥远的星球上或在空无一物的宇宙空间,也存在温度,达不到绝对零度。在遥远的冥王星上,太阳已经成为一颗小光点,不会给冥王星带来热量了,那里的温度为-234.4℃,几乎是太阳系中最冷的温度了。在宇宙空间,也存在绝对温度2.7度的温度。但这还不是宇宙中最冷的地方。

在某些星云内部,几乎达到了绝对零度。科学家发现,有一个行星状星云,叫“回力棒星云”,位于半人马星座,距离地球约5000光年。其内部温度只有绝对温度1度就是约零下272摄氏度,是“宇宙中已知的最冷天体”,也是目前发现的宇宙中最冷的地方。


天津文哥

在十分寒冷的季节,这些寒冷可以让人体在短时间内就能冻僵或者冻伤,比如,在零下5℃以下的低温中,手指就会被冻疼;如果处于零下14℃以下的低温中时,如果手指与耳朵暴露在外的话,都会被冻伤;当人体的温度下降到33℃以下的时候,身体的温度调节能力就会出现失衡,如果体温达不到30℃的时候,我们人体的器官就会明显的下降,并由此失去意识,当体温下降到22℃以下到时候,人体就会出现生命的危险,一旦体温降低到14℃~16℃,就会被冻死。通过这一系列的数据,也充分的表明身体的抗低温能力是非常弱的,所以,在十分寒冷的冬季,人体对低温的承受能力是有限度的。

大多数人在寒冷的冬季都会感觉十分的痛苦难耐,然而在这么寒冷的季节,我们能够承受低温却并不是宇宙间最低的温度,就目前科学家发现的结果来说,宇宙间存在最低温度达到了零下273.15℃。我们可以设想一下,这是一个什么样的低温程度?在对宇宙进行探索与研究的过程中,早些年间科学家就发现在距离地球5000光年的一个名叫布莫让星云的地方,在这里的温度是达到了零下272℃。这样的低温相对于太空存在的平均温度零下270.3℃还要低,有了这样的一个发现,也让人们一度认为这是宇宙间温度最低的地方,在这个地方,人体是不可能存活的。

说起布莫让星云这一发现,其实这也是科学家在对宇宙进行探索过程中的一大发现,在1979年,当时瑞典与美国的科学家借助于巨型的望远镜进行星空探索的过程中,就发现了有这样一个犹如回旋镖一样的地方,有了这种发现之后,科学家们便将这个地方命名为布莫让。

其实,继宇宙大爆炸后,接下来的100多亿年间,太空都一直处于一种高寒的环境里面,而且这些环境的平均温度为零下270.3℃,而与这样的一个平均温度相比,零下272℃的布莫让星云也因此成为目前所探索到的宇宙空间中最冷的地方,并且科学家们将其称为宇宙的冰盒子。

那么,为什么这样的一个地方会如此的寒冷?那就要说说这个星云是有什么组成的,这里其实就是由气体和尘埃组成的一个云团,而这个云团其实就是在一个正在走向死亡的恒星中发生喷射而形成的,在喷射的过程中,这个星云也在快速的变冷,由于这个星云是急速膨胀的,但是在这不断膨胀的过程中,由于这个星云周围没有任何的热量,必须要借助于自身体内的能量进行消耗,才导致了这样的命运,拥有了如此低的温度,这也是自然条件下形成的一种必然结果。

不过,最新的科学研究证明,布莫让星云这里其实并不是宇宙间最寒冷的地方,科学家们甚至还指出,在宇宙间应该还有更加寒冷的地方,最低温度可达到零下272.59℃。这样的一个结果确实是十分惊人的,或许,在不断的对宇宙空间进行探测的过程中,还会有更加寒冷的地方被探测出来。


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