علت سرد بودن فضا با وجود گرم و سوزان بودن خورشید چیست؟

با وجود دمای بسیار بالای خورشید، علت سرد بودن فضا در خارج از زمین چیست؟ این پرسش بسیار خوبی است که جواب تقریبا ساده‌ای دارد. برخلاف زیستگاه معتدل ما در زمین، منظومه شمسی پر از دماهای بسیار زیاد یا خیلی کم است. خورشید توده‌ای عظیم از گاز و آتش است که دمای هسته آن 15 میلیون درجه سانتیگراد و سطح آن 5500 درجه است. با اینحال دمای فضای منظومه شمسی، یعنی دمایی که پس از گذشتن از اتمسفر زمین به آن می‌رسیم، حدود منفی 270 درجه سانتیگراد است. اما چگونه این اتفاق ممکن است؟

دما در کیهان به روش تابشی منتقل می‌شود، یعنی موجی فروسرخ از اجسام داغ‌تر به اجسام سردتر می‌رسد. این موج با برخورد به مولکولها باعث گرم شدن آن‌ها می‌شود. زمین نیز به همین شکل گرمای خود را از خورشید می‌گیرد، اما نکته مهمی که در این بین وجود دارد نحوه گرم شدن مولکول‌هاست. در روش تابشی تنها مولکول‌هایی که به صورت مستقیم در مسیر تابش قرار دارند گرم می‌شوند و سایر مناطق سرد باقی می‌مانند. برای مثال طبق اطلاعات منتشر شده از سوی ناسا، شب‌های سیاره عطارد حدود 540 درجه سردتر از دمای قسمت‌های پشتی است که در معرض تابش خورشید قرار دارند.

اما بر خلاف عطارد، بر روی زمین هنگامی که در سایه قرار داریم یا حتی در شب‌های تابستانی، هوای پیرامون ما گرم است. علت این پدیده نحوه انتقال گرما بر روی سیاره آبی ما است. گرما در زمین به سه روش همرفت، رسانش و تابشی منتقل می‌شود. زمانی که تشعشع خورشید مولکول‌های اتمسفر زمین را گرم می‌کند، این مولکول‌ها انرژی اضافی را به مولکول‌های پیرامون خود منتقل می‌کنند. به این روشِ انتقال گرما بین مولکول‌ها رسانش گفته می‌شود که به عنوان واکنشی زنجیره‌ای، می‌تواند فضای پیرامون مسیر مستقیم تابش خورشید را نیز گرم کند.

اما در خارج از اتمسفر زمین خلا وجود دارد و دلیل اصلی سرد بودن فضا نیز همین نکته است. مولکول‌های گاز موجود در فضا تعداد بسیار کمی دارند و به خاطر فاصله زیادی که بین آنها وجود دارد، امکان برخورد به هم را ندارند. به همین دلیل زمانی که این مولکول‌ها به وسیله موج فروسرخ خورشید گرم می‌شوند، رسانش اتفاق نمی‌افتد. همچنین انتقال گرما به روش همرفت نیز باعث توزیع گرما در سطح زمین می‌شود، این در حالی است که همرفت در فضای خارج از سیاره ما که جاذبه وجود ندارد امکان پذیر نیست.

کاوشگر خورشیدی پارکر

نکات بالا مسائلی هستند که مهندسین تیم پروژه دارت (DART) و کاوشگر خورشیدی پارکر در ناسا باید به آن‌ها توجه کنند. همانطور که از اسم این کاوشگر مشخص است، پارکر بخشی از ماموریت ناسا برای مطالعه بر روی خورشید است. این کاوشگر اطلاعات را از خارجی ترین لایه خورشید که کورونا نام دارد جمع آوری می‌کند. در آوریل 2019 پارکر به فاصله 24 میلیون کیلومتری این جهنم سوزان رسید که کمترین فاصله‌ای است که تاکنون یک وسیله ساخت بشر به آن رسیده است. سپرهای گرمایی این فضاپیما که در یک سمت آن قرار گرفته‌اند این مطالعه را ممکن کرده‌اند.

به گفته الیزابت آبل مهندس گرمایی پروژه دارت، وظیفه این سپرهای گرمایی جلوگیری از تابش خورشید به فضاپیما است. به این ترتیب هنگامی که این سپرها با دمای 120 درجه سانتیگراد مواجه هستند، بدنه فضاپیما دمایی نزدیک به منفی 115 درجه دارد.

به عنوان سرمهندس پروژه دارت، خانم ابل باید از روش‌هایی کاربردی برای مدیریت دما در فضا استفاده کند. اختلاف دمای بسیار زیاد بین قسمت‌هایی که در خلا قرار دارند و مناطقی که در معرض تابش مستقیم خورشید هستند چالشی جدی برای این پروژه محسوب می‌شود. برخی قسمت‌های این فضاپیما باید به قدری خنک شوند تا مدارها اتصالی پیدا نکنند و برخی دیگر از قسمت‌ها باید به میزان زیادی گرم شوند تا عملکرد خود را حفظ کنند.

شاید آماده کردن یک وسیله برای کار کردن در دماهای بسیار بالا یا بسیار پایین کار ناممکنی به نظر برسد، اما به هر حال این وضعیتی است که در فضا وجود دارد. در این بین زمین یک مورد عجیب است؛ در میان قسمت‌های بسیار داغ و بسیار سرد منظومه شمسی، این اتمسفر سیاره ما است که دما را به طور شگفت‌انگیزی معتدل نگاه داشته.

بیشتر بخوانید: کشفیات جدید در نیمه پنهان ماه