Температура у Всесвіті

1. Одиниця виміру температури
2. середньорічна температура
3. Діапазон температур Землі
4. Розподіл річних максимальних температур Землі
5. Температурні коливання у інших планет Сонячної системи
6. температура зірок
7. Матеріали по темі
8. Температури нейтронних зірок
9. Високотемпературні процеси чорних дір
10. Температура міжзоряного середовища
11. Температура нашого Всесвіту під час Великого вибуху
12. Матеріали по темі
13. Статистика частинок космічних променів по енергіях

Температурою в фізиці називають величину, яка кількісно виражає ступінь нагретости різних тел. З огляду на, що в область вивчення часто потрапляють не тільки тверді тіла, але рідини і гази, то існує більш загальне поняття температури, як ступінь кінетичної енергії частинок.

Одиниця виміру температури

Системної одиницею виміру температури є Кельвін (скорочено К), в якій за точку звіту береться абсолютний нуль - стан речовини з нульовою кінетичної енергією частинок. У побуті найчастіше використовуються градуси Цельсія (скорочено ° С), для яких точка звіту відповідає точці замерзання води. Один градус Цельсія дорівнює Кельвіном, і відповідає 1/100 частини температурної різниці між точкою замерзання і точкою кипіння води. Абсолютний нуль дорівнює -273,15 градусів Цельсія.

З точки зору квантової фізики і при абсолютному нулі температури існують нульові коливання, які обумовлені квантовими властивостями частинок і їх навколишнього фізичного вакууму.

середньорічна температура

Наша планета знаходиться в зоні життя своєї зірки. Зоною життя називається простір досить віддалене від своєї зірки, в якому на поверхні планети можливе існування води в рідкому стані. Сучасні метеорологи (фахівці по земній клімату і погоди) найчастіше використовують температурні вимірювання приземного повітря за допомогою ртутних або спиртових термометрів (температура замерзання ртуті та спирту дорівнює -38.9 ° C і -114,1 ° C відповідно).

Температура поверхні Землі

За міжнародною методикою вимірювання повинні відбуватися на двометрової висоті від поверхні землі в спеціальній метеорологічної будки, віддаленої від антропогенного ландшафту. Середньорічна температура приземного повітря на поверхні Землі дорівнює + 14 ° С. У той же час в окремих частинах планети температура приземного повітря сильно відрізняється від цього значення через різного часу року або доби, різної географічної широти, віддалення від океану, висоти над середнім рівнем моря і близькості до вулканічним областям.

Діапазон температур Землі

Найменший температурний перепад приземного повітря спостерігається в екваторіальних районах Світового океану. Так на острові Різдва, який знаходиться в центральній екваторіальній частині Тихого океану сезонні температурні перепади обмежені діапазоном 19-34 градусів Цельсія. Втім, вважається, що самий рівний клімат спостерігається в містечку Гарапан на острові Сайпан (Мариинские острова). Протягом 9 років з 1927 по 1935 роки найнижча температура тут була зареєстрована 30 січня 1934 року (+ 19.6 ° С), а найвища - 9 вересня 1931 року (+ 31,4 ° С), що дає перепад 11 , 8 ° С.

Континенти характеризуються значно вищими температурними перепадами. У долині Смерті (Каліфорнія) 10 липня 1913 року було зареєстровано + 56.7 ° C, а 13 липня 1922 року реєструвалося + 57.8 ° C (пізніше це значення було оскаржене). На російській станції Схід, 21 липня 1983, спостерігалося -89,2 ° C. Найбільший перепад температур зареєстрований в російському Верхоянську - 106,7 ° C: від -70 ° C до + 36.7 ° С. Найнижча середньорічна температура зареєстрована в 1958 році на Південному полюсі (-57,8 ° С). Найвища середньорічна температура зафіксована в містечку Феранді (Ефіопія) в 60-х роках 20 століття (+ 34 ° С).

Поверхнева температура Землі відрізняється ще екстремальними значеннями в зв'язку з тим, що темна поверхня днем ​​може прогріватися до значно більш високих температур у порівнянні з повітрям. У долині Смерті (Каліфорнія) 15 липня 1972 року реєструвалося + 93.9 ° C. Ймовірно такі високі поверхневі температури можуть викликати в умовах сильного вітру аномальні короткочасні сплески температури повітря (в липні 1967 році в іранському Абадані був зареєстрований різке зростання температури повітря до + 87.7 ° С).

Розподіл річних максимальних температур Землі

Поверхня нашої планети є джерелом теплового електромагнітного випромінювання, максимум якого знаходиться в інфрачервоній області спектра (відповідно до закону зміщення Віна).

Завдяки цій властивості навколоземні супутники можуть вимірювати температуру будь-якої точки поверхні Землі на відміну від наземних метеостанцій.

Температура плато Аргус

Аналіз знімків супутника "Aqua" за 2009-2013 роки дозволив визначити, що максимальна поверхнева температура в іранській пустелі в 2005 році досягала +70.7 ° C.

Статистичний розподіл річних максимальних температур поверхні на планеті показує чотири кластери (льодовики, ліси, савани / степи і пустелі).

Інший аналіз супутникових знімків за 1982-2013 роки показав, що мінімальні температури в Антарктиді можуть досягати -93.2 ° C.

Незважаючи на те, що земна поверхня в середньому отримує від Сонця в 30 тисяч разів більше енергії, ніж від земних надр, геотермальна енергетика є важливим елементом економіки деяких країн (наприклад, Ісландії).

Буріння рекордної Кольської свердловини показало, що на глибині 12 км температура досягає + 220 ° С.

Аналіз знімків супутника "Aqua"

Ізотерма +20 ° C в земній корі проходить на глибинах від 1500-2000 м (райони багаторічної мерзлоти) до 100 м і менше (субтропіки), а в тропіках виходить на поверхню. У гірських районах термальні джерела мають температуру до + 50 ... + 90 ° C, а в артезіанських басейнах на глибинах 2000-3000 м вода з температурою + 70 ... + 100 ° C і більше.

Точка, де спостерігалася мінімальна температура, не є найвищою частиною льодовика: її висота становить близько 3900 метрів проти 4093 метрів у Плато А (Аргус).

Більш ранній аналіз знімків супутника "Aqua" за 2004-2007 роки підтверджує, що найхолодніші зимові температури спостерігаються на хребті B, який з'єднує плато А і плато F (Фуджі).

У районах активного вулканізму термальні джерела проявляються у вигляді гейзерів і струменів пари, які виносять на поверхню пароводяні суміші і пари з глибин 500-1000 м, де вода знаходиться в перегрітому стані (+ 150 ... + 200 ° C). У підводних гідротермальних джерелах ( "чорних курців") спостерігаються температури до +400 ° C. У вулканах температура лави може підвищуватися до +1500 ° C.

На основі лабораторних експериментів, даних сейсмології і теоретичних розрахунків вважається, що в надрах планети температури можуть перевищувати 7 тисяч градусів. Кілька варіантів теоретичної температури глибинних шарів планети.

Якби наша планета не володіла атмосферою, то відповідно до закону Стефана-Больцмана її середня температура дорівнювала б не +14 ° C, а -18 ° С. Різниця пояснюється тим, що земна атмосфера поглинає частину теплового випромінювання поверхні (парниковий ефект). Це багато в чому пояснює, чому з ростом висоти над поверхнею планети падає не тільки тиск, а й температура.

Температурний максимум в стратосфері (на висоті приблизно 50 км) пояснюється взаємодією озонового шару з ультрафіолетовим випромінюванням Сонця. Температурний пік в екзосфері (іоносфері) пов'язаний з іонізацією молекул зовнішніх розріджених шарів атмосфери під дією сонячного випромінювання. Добові коливання в цьому шарі можуть досягати декількох сотень градусів. У екзосфері відбувається випаровування земної атмосфери в космос.

Температурні коливання у інших планет Сонячної системи

Хорошим прикладом температурних коливань в разі, якби у Землі не було атмосфери, є місяць . За спостереженнями супутника LRO температура поверхні нашого супутника змінюється від + 140 ° C в невеликих екваторіальних кратерах до -245 ° C на дні полярного кратера Hermite (Ерміта). Останнє значення навіть менше, ніж виміряна температура поверхні Плутона -245 ° C або будь-якого іншого небесного тіла Сонячної Системи, для якого були проведені температурні вимірювання. Тим самим температурні коливання на Місяці досягають 385 градусів. За цим показником Місяць займає друге місце в Сонячній Системі після Меркурія .

Коливання температури поверхні Місяця

Вимірювання приладів, залишених екіпажами місій Аполон-15 і Аполон-17, показали, що на глибині 35 см, температури в середньому на 40-45 градусів тепліше, ніж на поверхні. На глибині 80 см сезонні коливання температури зникають, і постійна температура близька до -35 ° С. Оцінюється, що температура ядра Місяця дорівнює 1600-1700 K. Куди більш високі температури можуть з'являтися під час падіння астероїдів.

Температурний профіль Венери

Так в древніх земних кратерах виявлені фіаніти, для утворення яких з циркону потрібні температури, що перевищують 2640 кельвінів. Досягнення таких температур неможливо при земному вулканізм.

Найближча до нас планета - Венера характеризується аномально щільною атмосферою з тиском еквівалентним 90 земних атмосфер. За рахунок жахливого парникового ефекту температура поверхні планети досягає 480 ° C, що більше ніж на Меркурії.

Сезонні відмінності в температурних профілях для Венери помітні лише на великих висотах.

Виміряні температури в південній півкулі за допомогою спостережень апарату "Венера-Експрес" між травнем 2006 і груднем 2007 року склали від 422 ° C до 442 ° C. По інших вимірах від 10 серпня 2006 року температура поверхні планети змінюється від 453 ° C до 473 ° C. У той же час, спостереження станції "Венера-Експрес" дозволили виявити гарячі плями з температурою до 830 ° C (середня температура поверхні планети оцінюється в 473 ° С), які можуть бути лавовимипотоками і свідченням поточної вулканічної активності.

Температурний профіль атмосфери Венери

Передбачається, що найвищою точкою Венери є гори Максвелла і так само найхолоднішим місцем на планеті. Температура там становить близько 380 ° C. За вимірами аеростатів двох радянських станцій Вега в 1985 році, температура на висоті 55 км складає близько 40 ° C при тиску в 0.5 земних атмосфер.

температура Меркурія вдень коливається від 430 ° C до 280 ° C в залежності від знаходження в перицентра або апоцентрі орбіти, а вночі падає до - 170 ° C. Але на дні полярних кратерів температура може становити лише - 220 ° C, що дозволяє існувати там великих скупчень льоду. Скупчення льоду в полярних кратерах Меркурія були виявлені ще в 90-х роках 20 століття за допомогою радіолокації, яка виявилася безсила для подібного відкриття на Місяці.

Порівняння температури поверхні різних планет

Для захисту від сонячних променів на першому супутнику Меркурія - станції "Мессенджер" був встановлений спеціальний захисний керамічний екран. Завдяки екрану температура бортових систем зонда перебувала на рівні 20 ° C, в той час як лицьова частина екрану розігрівалася до 370 ° С. Але "Мессенджер" став далеко не самим "жароміцним" космічним апаратом. Західнонімецькі станції "Геліос" ще в 70-х роках 20 століття наблизилися до Сонця на рекордну відстань, де апарати могли також нагріватися до 370 ° C (11 сонячних постійних на Землі). Спеціальні дзеркала станцій не дозволяли сонячним батареям нагріватися вище 165 ° C, а температурний режим бортових систем був обмежений діапазоном між -10 ° C та 20 ° С. У польоті найвища температура, яка була зареєстрована на "Геліос-В" склала 150 ° С.

Майбутній зонд NASA - Parker Solar Probe піддасться ще жорсткіших випробувань. У перицентра його орбіти на зонд будуть впливати відразу 520 сонячних постійних на Землі. Це еквівалентно температурі в 1400 ° С. Спеціальний керамічний екран товщиною в 11 см дозволить підтримувати на станції кімнатні температури. На зонді будуть відсутні сонячні батареї, електроживлення буде здійснюватися від плутонієвих генераторів.

Багато відомих об'єкти той же здатні наближатися до Сонця на рекордно близьку відстань. До їх числа можна віднести астероїд Фаетон, температура якого в перицентра може досягати 750 ° C. У 2009 році апарат STEREO-A зареєстрував дворазове збільшення блиску видимого блиску Фаетон в перицентра.

Середня температура поверхні Марса становить близько - 55 ° С. Максимальні зареєстровані температури становлять + 35 ° C (за даними марсохода Спіріт в кратері Гусєва), мінімальні -153 ° C (температура на полюсах за даними орбітальних станцій). Порівняння температурних профілів атмосфер Марса, Землі і Венери.

Температурні профілі атмосфери Венери, Землі і Марса

Перші прогонові станції в системі найбільшої планети Сонячної Системи показали, що інфрачервоне випромінювання (і відповідно температура атмосфери) Юпітера на 60% більше, ніж випливало з теоретичних моделей, що враховують тільки нагрів від Сонця.

Температура ядра Юпітера

При зниженні атмосферного зонда станції "Галілео" в 1995 році, він передавав дані до глибини в 160 км від верхнього шару хмар, де його температура досягла 160 ° C, а тиск 22 земних атмосфер. температурний профіль атмосфери Юпітера .

супутник Іо став одним з найбільших сюрпризів при дослідженні системи Юпітера космічними зондами. Його поверхня є наймолодшою ​​в Сонячній Системі, на ній відсутні ударні кратери. Вимірювання зі станції Галілео показали, що температура вулканів на цьому супутнику досягає як мінімум 1340 ° C. У той же час вимірювання нічного боку Іо в полярних регіонах показують ділянки поверхні з температурою всього в 90-95 К. На іншому "геологічно молодому" супутнику Юпітера - Європа величина можливих теплових аномалій обмежена лише кількома градусами в районі гіпотетичних гейзерів.

Температурний профіль атмосфери Юпітера

В цілому ж температури на поверхні Європи коливаються від 110 K на екваторі до 50 K на полюсах.

На відміну від Європи на супутнику Сатурна Енцеладі станції Кассіні вдалося зареєструвати теплову аномалію в районі виявлених гейзерів. Температури в районі гейзерних розломів досягають 157 K проти 85-90 K у навколишньої місцевості. Теоретичні розрахунки говорять, що температура всередині невеликого супутника може досягати 1000 К.

Іншим цікавим супутником системи Сатурна є Титан - єдиний супутник Сонячної Системи з атмосферою. Посадка апарату Гюйгенс дозволила визначити температуру на поверхні Титана і побудувати її температурний профіль.

Вимірювання Кассіні в 2004-2014 роках показали, що температура на поверхні Титана змінюється лише на 3.5 градусів: від 89.7 ± 0.5 K на південному полюсі в зимовий період, до 93.65 ± 0.15 K в екваторіальних районах:

Вимірювання Вояджера-2 дозволяють оцінити температуру ще одного геологічно активного супутника - Тритона в системі Нептуна. Температура поверхні Тритона близька до 38 K, а температура верхніх шарів складає приблизно 95 +/- 5.

Зараз вважається, що Тритон холодніше карликової планети Плутон , Яка знаходиться майже на тій же відстані від Сонця. Субміліметрові спостереження в 2005 році дозволили оцінити середню температуру поверхні Плутона і Харона в 42 ± 4 K і 56 ± 14 K відповідно (Харон є більш теплим через більш низького альбедо поверхні). Спостереження зіркових покриттів показує, що максимальні температури в атмосфері Плутона спостерігаються на висоті близько 30 км: 110 К.

Найбільш віддаленим об'єктом Сонячної Системи з відомих на сьогодні є карликова планета Еріда . Спостереження теплового випромінювання Еріду за допомогою телескопів Гершель, Спітцер і ALMA показують, що температура її поверхні менше 30 К. У той же час ці ж спостереження говорять, що температура поверхні супутника Еріди - дисномії за рахунок більш високого альбедо перевищує 40 К.

температура зірок

наше сонце є зіркою головної послідовності спектрального класу G. Середня температура її поверхні становить приблизно 5778 K, а всередині ядра по теоретичним розрахункам досягає 15,7 млн. К.

температура зірок

Втім, ефективна температура сонячного вітру складає 0.8 млн. K, сонячної корони 1-3 млн. K, а у сонячного спалаху може становити багато десятків мільйонів градусів (максимум їх випромінювання доводиться на рентгенівське випромінювання).

У Всесвіті Сонце є скоєно рядовий зіркою. Температури поверхні звичайних зірок коливаються від 2300 K у червоних карликів, до 50 000 K у блакитних карликів. У той же час існує особливий клас зірок - зірки Вольфа - Райе, у яких температура поверхні може перевищувати 50 тис. К. Число відомих зірок цього типу в Місцевій групі галактик може становити лише кілька тисяч. Зараз відомо близько 500 таких зірок в нашій галактиці, 150 в Магелланових хмарах, 206 в М33 і 154 в М31. Подібні зірки відрізняються великою щільністю, наявністю скидаються оболонок схожих на планетарні туманності. Вважається, що вони являють собою останній етап еволюції одиночних масивних зірок перед стадією вибуху наднової. Найбільш гарячої зіркою з них вважається WR 102 з оцінюваної температурою в 210 тис. K і світність в половину мільйона світності Сонця. Маса цієї зірки оцінюється в 20 мас Сонця при радіусі менше 0.4 радіусів Сонця.

Матеріали по темі

Розрахунки показують, що WR 102 (сузір'я Стрільця, відстань 5 тис. Парсек від Землі) може стати наднової через 1500 років.

Іншою крайністю є коричневі карлики, температура якіх может буті нижчих, чем у планет Сонячної Системи. Аналіз даних телескопа WISE дозволив знайти одиночний коричневий карлик в WISE 0855-0714 в 2.2 парсек від Землі з рекордно низькою температурою: 225-260 K. Його маса оцінюється в 3-10 мас Юпітера.

Одночасно зараз відомі планети, температура поверхні яких перевищує температуру поверхні багатьох зірок. У 2010 році було опубліковано відкриття транзитної планети WASP-33b. Спостереження вторинного затемнення цієї планети визначили її температуру в 3358 ± 165 K. У 2017 році було опубліковано відкриття ще більш гарячої транзитної екзопланети - KELT-9b. За оцінками температура цієї планети досягає 4600 K, що відповідає температурі поверхні зірок спектрального класу K4. У зв'язку з цим планета KELT-9b гарячіша, ніж більшість зірок в галактиці.

коричневий карлик

Крім того в 2011 році було опубліковано відкриття ще однієї екстремальної планети Кеплер-70b. Ця планета була виявлена ​​на основі реєстрації періодичних пульсацій в яскравості гарячого (27730 ± 270 K) субкарлики, еволюціонує в білий карлик. Теоретичні розрахунки говорять, що планета обертається навколо зірки по 6 годинної орбіті, повинна володіти температурою поверхні як мінімум в 6 тис. K. Протилежним прикладом є нещодавнє відкриття коричневого карлика HD 4113С, який звертаючись навколо близької сонцеподібної зірки за кілька десятків років, має температуру в 300 K.

Зоряні рештки мають ще більш високими температурами. Так в 2015 році було опубліковано відкриття самого гарячого білого карлика RX J0439.8-6809 з температурою поверхні в 240 тис. K. Теоретики вважає, що тисячу років тому ця зірка була ще гаряче - температура її поверхні складала 400 тис. K. Для порівняння максимальна температура за наше Сонце в майбутньому не перевищить 200 тис. К. Після досягнення максимальної температури білі карлики починають повільно остигати: теоретично аж до абсолютного нуля. У 2014 році був виявлений білий карлик з оцінюваної температурою менше 3 тис. К.

Температури нейтронних зірок

Більш екзотичні залишки зірок - нейтронні зірки мають ще більш високими температурами поверхні. Максимум їх випромінювання лежить в рентгенівському діапазоні і гамма-променях. Так найяскравішими джерелами в гамма-променях на земному небі є трійка нейтронних зірок - в Крабовидної туманності, в туманності в вітрилах і радіотіхая зірка Гемінга.

Гамма-джерела

Теоретичні оцінки, що під час народження нейтронної зірки температура її поверхні становить близько 100 млрд. K, потім за 100 секунд вона знижується до млрд. K. Зменшення температури з 1 млрд. K до 100 млн. K відбувається за 100 років, а охолодження до млн. K за мільйон років. У зв'язку з цим спостерігаються температури поверхні відомих нейтронних зірок становлять приблизно 0.1-1 млн. K. Так поверхнева температура пульсара в Крабовидної тумманості (вік близько тисячі років) оцінюється менш ніж в 1.55 млн. K, а його температура ядра в 3 млрд. K . Поверхнева температура пульсара PSR J1840-1419 в 2013 році була оцінена менш ніж в 600 тис. K, а вік в 16.5 млн. років. Але найбільш старим вважається радіопульсар PSR J2144-3933. За цим об'єктом числиться відразу кілька рекордів: найближчий радіопульсар (180 парсек) і радіопульсар з найбільшим періодом (8.51 секунд).

Нейтронні зірки в одній картинці

Вік пульсара оцінюється в 272 млн. Років, а температура поверхні в 0.23-1.9 млн. К. Якщо температура під час звичайного вибуху наднової складає "лише" 10-100 млрд. K, то під час екзотичного гамма-сплеску (зіткнення нейтронних зірок) вона може досягати вже кілька десятків трлн. К. Крім того існує теорія, що вибухи наднових можуть породжувати особливий екзотичний тип зірок: " 'електрослабкої зірки". Їх температура становить вже кілька петаКельвінов (1 Петак = 1000 трлн. К). Ці об'єкти можуть відтворювати Великий вибух в перші 10-10 секунд в обсязі рівному яблуку (при масі в 2 маси Землі).

Високотемпературні процеси чорних дір

Чорна діра в поданні художника

Не менш високо температурні процеси відбуваються в акреційних дисках чорних дір. так Чорна діра зоряних мас (Scorpius X-1) є найяскравішим рентгенівським джерелом на земному небі, а аккреційний диск надмасивної чорної діри (Лебідь А) є найяскравішим радіоджерелом на земному небі. Недавні спостереження російського космічного радіотелескопу "Радіоастрон" показали, що ефективна температура центральної частини найближчого квазара 3C273 становить від 10 до 40 трлн. K. Існує теорія, що ефективна температура темної матерії в активних галактичних ядрах становить близько зетаКельвіна (тисяча двадцять один К), що в десятки мільйонів разів більше спостерігається температури видимої матерії у цих об'єктів.

Температура міжзоряного середовища

Міжзоряне середовище так само відрізняється дуже великими температурними контрастами. У міжзоряних ударних хвилях температура може перевищувати млрд. До, а в скупченнях галактик типові температури становлять млн. K. З іншого боку виміряна температура туманності Бумеранг в сузір'ї Центавра в 5 тис. світлових років від Землі за рахунок швидкого розширення становить лише 1 К. Ця температура навіть нижче ніж сучасна температура реліктового випромінювання (2.725 K). Крім цього прикладу в природі відомо ще тільки одне явище зі схожою температурою: загадкове "холодна пляма", яке на 70 мікроK холодніше середнього значення температури реліктового випромінювання. Ця різниця значно більше, ніж середньоквадратичне відхилення реліктового випромінювання (18 мікроK). Холодне пляма знаходиться в напрямку сузір'я Ерідана, його діаметр близько 10 кутових градусів. Передбачається, що цим об'єктом може бути величезний супервойд діаметром близько 150-500 мегапарсек, який знаходиться в 2-3 гігапарсек від нас (z = 1).

холодне пляма

З іншого боку існує теорія, що температура випромінювання Хокінга для свермассівних чорних дір становить ще меншу величину: 10-18 К.

Температура нашого Всесвіту під час Великого вибуху

В майбутньому температура реліктового випромінювання буде продовжувати зменшуватися. А яка була температура нашого Всесвіту під час Великого вибуху? Теорія стверджує, що на 5 × 10-44 секунді Великого вибуху температура нашого Всесвіту дорівнювала температурі Планка. Її зразкове значення одно 1.4х1032 K, і воно характеризує один з фундаментальних меж в квантовій механіці. Сучасна фізична теорія не здатна описати що-небудь з більш високою температурою через відсутність в ній розробленої квантової теорії гравітації. Вище планковской температури енергія частинок стає настільки великою, що гравітаційні сили між ними стають порівнянні з іншими фундаментальними взаємодіями.

Матеріали по темі

У відповідності з поточними уявленнями космології, Планковська температура - це температура Всесвіту в перший момент (час планка) Великого вибуху.

При всій фантастичній величезності Планка температури в даний час астрономи вже підбираються до спостережень подібних екстремальних температур. Йдеться про реєстрацію частинок космічних променів ультрависоких енергій, температура яких "лише" приблизно в мільйон разів менше, ніж температура Планка або в мільйони разів більше температур (енергій) зіткнень частинок в БАК. Спочатку вважалося, що існування таких частинок малоймовірно, тому що відповідно до межі Грайзена-Зацепіна-Кузьміна протони з енергіями вище 5х1019 еВ повинні взаємодіяти з фотонами реліктового випромінювання з наступною втратою енергії. Розрахунки показували, що середня відстань зменшення енергії має становити близько 50 мегапарсек. Проте вже 22 липня 1962 року за допомогою експерименту Volcano Ranch (Нью Мексико) була виявлена ​​перша частка космічних променів з енергією в 1.0 × 1 020 eV (16 J). 15 жовтня 1991 року інша установка в Юті зареєструвала частку з ще більшою енергією - 3 × 1020 eV (50 J), яка отримала неофіційну назву, як "частинка Бога".

«Частка Бога»

Сучасні теоретики вважають найбільш ймовірним, що рекордні по енергіях (температур) частки космічних променів пов'язані з активними ядрами галактик (аккреционного дисками надмасивних чорних дір). Величезна енергія (температура) частинок космічних променів надвисоких енергій може бути нетепловим випромінюванням частинок, які розганяються в величезних природних прискорювачах джетів свермассівних чорних дір, розміром з галактику (наприклад, ефективна температура радіовипромінювання пульсарів оцінюється в 1023-1031 К). Аналіз координат 87 частинок космічних променів з енергіями, що перевищують 57х1018 eV, які були зареєстровані установкою Telescope Array (Юта) в 2008-2013 роках показав, що 19 з них (27%) концентруються до області в сузір'ї Велика Ведмедиця, яка за площею займає тільки 6% неба.

Велика Ведмедиця

Серед зафіксованих частинок максимальна енергія становила 162.2х1018 eV, що майже в 2 рази менше ніж у "частинки Бога" 1991 року. Вартість установки Telescope Array (507 детекторів на площі 700 кв. Км) становить близько 25 мільйонів доларів. Модернізація установки вартістю 6.4 мільйона доларів дозволить збільшити кількість зібраних даних в 5 разів.

Статистика частинок космічних променів по енергіях

Крім того в Аргентині з 2008 року працює Pierre Auger Observatory, що складається з 1600 детекторів розміщених на площі 3 тисяч км2. На 2015 рік максимальна зареєстрована енергія частинок була укладена між 1 × 1020 eV і 2 × 1020 eV.

аргентинська обсерваторія

Крім зв'язку частинок космічних променів ультрависоких енергій з надмасивними чорними дірами обговорюється можливість їх зв'язку з частинками темної матерії.

У міру технологічного розвитку людська цивілізація отримує можливість працювати з усе більшим діапазоном температур. Так температура горіння деревини становить 800-1000 ° C, а температура промислових вибухів для гірських робіт вже 2700-4200 ° C. Температура в центрі термоядерного вибуху досягає 400 млн. Градусів. створення дорогого БАК дозволило досягти ще більш екстремальних температур (енергій): 2-13 екзоК (1018 К).

З іншого боку в земних лабораторіях вчаться працювати зі наднизьких температур. У 1877 році французький інженер Луї Кайете і швейцарський фізик Рауль Пікте незалежно один від одного охолодили кисень до рідкого стану (90,2 К). У 1883 році Зигмунт Врублевський і Кароль Ольшевскі виконали скраплення азоту (77,4 K). У 1898 році Джеймсу дьюар вдалося отримати і рідкий водень (20,3 K). У 1893 році проблемою наднизьких температур став займатися голландський фізик Хейкі Камерлінг-Оннес. Йому вдалося створити кращу в світі криогенну лабораторію, в якій 10 липня 1908 року ним було отримано рідкий гелій (4,2 К).

Гейке Камерлінг-Оннес (праворуч) з помічником Геррітом Флім

Пізніше йому вдалося довести його температуру до 1 Кельвіна. Експерименти Камерлінг-Оннеса з помічниками 8 квітня 1911 року несподівано виявили, що при температурі в 3 K електричний опір ртуті падає до нуля. Так було випадково відкрито явище надпровідності.

У наступні роки Гейке Камерлінг-Оннес здійснював спроби отримати твердий гелій. До 1918 року йому вдалося отримати температуру в 0.8 K, але гелій продовжував залишатися рідким. І тільки в 1926 році учень Камерлінг-Оннеса Віллем Хендрік Кеєзом зміг отримати 1 см³ твердого гелію, використовуючи не тільки низьку температуру, але і підвищений тиск. Гелій - єдиний елемент, що не твердне, залишаючись в рідкому стані, при атмосферному тиску і як завгодно малої температурі. Перехід в твердий стан можливий тільки при тиску понад 25 атм.
У 1995 році вдалося отримати перший бозе-ейнштейнівської конденсат, агрегатний стан речовини, основу якого складають бозони, охолоджені до температур, близьких до абсолютного нуля (менше мільйонної частки Кельвіна). В такому сильно охолодженому стані досить велике число атомів виявляється в своїх мінімально можливих квантових станах, і квантові ефекти починають проявлятися на макроскопічному рівні. Для отримання екзотичного речовини використовувався газ з атомів рубідію, охолоджений до 170 наноКельвін (нк) (1,7х10-7 Кельвін). Використовуючи цей же речовина, 2000 року вдалося встановити новий рекорд уповільнення швидкості світла - 0.2 мм / c. У 2014 році атоми рубідію вдалося охолодити до 50 Пікок (50х10-12 Кельвін).

У сучасних лабораторіях, можливо, підтримувати постійну температуру на рівні 1.7 Міллікен. Так в 2014 році протягом 15 діб підтримувалася температура в 6 Міллікен в обсязі один кубічний метр.

comments powered by HyperComments

Сподобалось Запис? Розкажи про неї друзям!

Переглядів запису: 4987