Question

宇宙中有那么多恒星放出热量，为什么宇宙还是那么寒冷？

Answer 1

地球是一个适合生命生存的星球，其宜居性主要来源于温度。我们每天都要接收来自太阳的辐射能量，也会向外太空辐射出多余的热量，正是这种能量平衡，使地球的平均温度处于一个非常舒适的温度。

宇宙中有无数个像太阳这样的恒星，它们依靠核聚变释放出能量，为整个宇宙加温。在这些恒星的内部，温度可以达到1500万开尔文，其表面温度也有5800开尔文。但是，尽管有那么多恒星在辐射热量，整个宇宙却是非常寒冷的，它的温度可以低达2.7开尔文。为什么太空会如此寒冷呢？

在物理学中，温度其实是分子的平均动能。分子无规则运动的速度越快，在一定时间内撞击我们的次数也就越多，传递的能量也就越大，此时我们就会感觉到温度越高。同时，增加分子数也能提高温度，因为撞击我们的分子个数变多了。

在宇宙空间中，存在着许多气体和尘埃。太阳光线只加热其路径上的气体或尘埃，另一部分未受恒星热辐射的物质会变得非常寒冷。即使是离太阳最近的水星，在它未接受阳光照射的那一面，它的温度也会达到零下178摄氏度。在太阳系中，科学家测量到的最低温度在月亮的陨石坑中，那里照射不到阳光，温度达到了零下240摄氏度。

如果我们走出太阳系，往更深的宇宙空间中去，我们会发现那里更寒冷了。在那些地方，气体和尘埃粒子之间的距离大大增加了，限制了传递热量的能力，它们之间只能以热辐射的传递热量。越深入星际空间，粒子越来越稀疏，此时用分子平均动能来表示温度已经没有意义了。我们只能测量宇宙之间的热辐射来确定它的温度，而宇宙背景辐射就是重要来源。

宇宙背景辐射是宇宙大爆炸留下的遗迹。在早期，宇宙的能量是非常高的，这时候宇宙呈现出不透明的样子，因为光会和电离出的电子相互作用，无法向外传播。等温度降下去之后，电子被束缚到原子之中，这时候这些光才得以传播。

不过，由于宇宙空间的膨胀，这些光发生了红移，波长都被拉长了，光子的能量也降低了。科学家根据卫星测得的宇宙微波背景数据，算出它们的温度处于2.7开尔文，基本上接近于绝对零度。

因此，宇航员的宇航服除了防辐射和加压功能之外，它还有一个很重要的功能，那就是保温。如果没有这层防护，那么宇航员在空间中很容易就会失温。