Максимально отрицательная температура. Температура в космосе по Цельсию

Погодные рекорды, представляющие собой экстремальные метеопоказатели, официально зарегистрированные на нашей планете, всегда интересовали многих любознательных людей. Как известно, холоднее всего приходится тем, кто живет в зоне резко континентального климата. В летний период в таких регионах стоит сильная жара, а зимой – суровые морозы. И вот, когда столбик термометра за окном опустился ниже -40 градусов, нам может показаться, что холоднее уже просто некуда, однако данное утверждение очень далеко от истины. Эта статья призвана ответить на вопрос, какова самая низкая температура на Земле. Кроме того, ознакомившись с представленным материалом, вы узнаете, где и когда было зарегистрировано минимальное значение температуры воздуха на нашей планете.

Южный полюс холода – место с самой низкой зарегистрированной температурой воздуха на Земле

На первый взгляд читателю, более-менее знакомому с географией, может показаться, что наиболее холодными на земном шаре должны быть те места, которые сильнее всего удалены от экватора, – Южный и Северный полюс. Однако это не совсем так, хотя и в указанных пунктах погода бывает весьма суровой. Помимо названных выше двух географических полюсов (под ними понимаются точки, где ось вращения нашей планеты пересекается с ее поверхностью), существуют и так называемые полюса холода – регионы земного шара, где были зарегистрированы самые низкие значения температуры воздуха на данном полушарии. Кроме того, термин «полюс холода» нередко используется для названия самого холодного места на всей планете.

Итак, Южным полюсом холода официально признана внутриконтинентальная российская станция «Восток», которая находится в восточной части Антарктиды (см. рисунок).

21 июля 1983 года здесь был зарегистрирован температурный рекорд – -89,2 градуса. Это самая низкая температура, которая когда-либо фиксировалась на поверхности земного шара. В конце 2013 года во время проведения конференции Американского геофизического союза исследователи доложили, что в августе 2010 года в одной точке, расположенной на территории Антарктиды, была зарегистрирована самая низкая температура в мире – -93,2 градуса. Однако данный погодный рекорд не был признан официально, так как сведения о температуре воздуха в этот раз были зафиксированы не традиционным способом – при помощи термометра, а по итогам анализа спутниковых данных ведомства NASA.

Северный полюс холода. Сразу два претендента

Что касается Северного полюса холода, то на сегодня существует несколько мнений о точных координатах его местонахождения. Наиболее известными претендентами на звание Северного полюса холода являются 2 населенных пункта, расположенных на территории республики Саха: село Оймякон и город Верхоянск. 15 января 1885 года в Верхоянске (местонахождение показано на карте ниже) была зарегистрирована температура воздуха, составляющая -67,8 градуса. Специалисты, несогласные с признанием этого города Северным полюсом холода, оспаривают данное утверждение тем, что в тот период в Оймяконе наблюдения за изменением температуры еще не осуществлялись.

Данное возражение было опровергнуто в феврале 1933 года, когда в Верхоянске снова была зарегистрирована такая же температура. В это же время в Оймяконе температура воздуха была выше на 0,1 градуса и составляла -67,7 градуса. В работах советского геолога Сергея Обручева, выполненных совместно с географом-картографом Константином Салищевым, приведено самое низкое для Северного полушария значение температуры воздуха – -71,2 градуса. Однако, ввиду отсутствия документального подтверждения подлинности выполненных измерений температуры, данный рекорд не был признан официально.

По другой информации, рекордно низкой для Северного полушария считается якобы зафиксированная в Оймяконе в 1938 году температура – -77,8 градуса. На основании этих данных делается вывод, согласно которому самым холодным местом на Земле является именно Оймякон, так как, несмотря на тот факт, что более низкая температура была отмечена на антарктической станции «Восток», последняя находится на высоте 3488 м над уровнем моря. А приведение двух температурных рекордов к уровню моря позволяет признать Оймякон «абсолютным чемпионом мира». Ученые – сторонники того, что рекордсменом является Оймякон, для доказательства своей правоты приводят данные, по которым абсолютные годовые минимумы в этом селе в среднем ниже, чем в Верхоянске, на 3,5 градуса. Однако официально абсолютный минимум температуры воздуха в Северном полушарии для Оймякона и Верхоянска считается равным, составляющим -68 градусов.

Это поразительно, но самая высокая температура во Вселенной в 10 триллионов градусов по Цельсию была получена искусственным путем на Земле. Абсолютный рекорд температуры был установлен 7 ноября 2010 года в Швейцарии при эксперименте на Большом адронном коллайдере — БАК (самом мощном в мире ускорителе элементарных частиц).

В рамках эксперимента на БАК ученые поставили задачу — получить кварк-глюонную плазму, которая заполняла Вселенную в первые мгновения ее возникновения после Большого взрыва. С этой целью на скорости, близкой к скорости света, ученые столкнули пучки ионов свинца, обладающие колоссальной энергией. При столкновении тяжелых ионов начали возникать «мини-большие взрывы» — плотные огненные сферы, имевшие столь чудовищную температуру. При таких температурах и энергиях ядра атомов буквально плавятся и образуют «бульон» из составляющих их кварков и глюонов. В результате в лабораторных условиях и была получена кварк-глюонная плазма с самой высокой температурой с момента возникновения Вселенной.

До этого ни в одном эксперименте ученым еще не удавалось получить столь немыслимо высокой температуры. Для сравнения: температура распада протонов и нейтронов составляет 2 триллиона градусов по Цельсию, температура нейтронной звезды, которая формируется сразу после взрыва сверхновой, составляет 100 миллиардов градусов.

Выше температуры звезд

Согласно спектральной классификации Моргана-Кинана все звезды делятся на следующие классы по светимости, размеру и температуре:
О — голубые гиганты — 30000-60000 гр. Кельвина (Вега)
В — бело-голубые гиганты 10000-30000 гр. Кельвина (Сириус)
А — белые гиганты 7500-10000 гр. Кельвина (Альтаир)
F — желто-белые звезды 6000-7500 гр. Кельвина (Капелла)
G — желтые карлики 5000-6000 гр. Кельвина (Солнце)
К — оранжевые звезды 3500-5000 гр. Кельвина (не знаю примера)
М — красные гиганты 2000-3500 гр. Кельвина (Антарес)

Наше родное Солнце относится к желтым карликам и имеет температуру ядра в 50 миллионов градусов. Таким образом, температура полученной кварк-глюонной плазмы в 200 тысяч раз превысила температуру ядра Солнца. В тоже время в окружающем космосе обычно царит первозданный холод, так как средняя температура Вселенной только на 0,7 градуса выше абсолютного нуля.

Но почему при столкновении ионов свинца получаются такие высокие температуры?

Все дело в заряде частиц. Чем он больше, тем больше энергия, до которой частица разгоняется в поле коллайдера. Кроме того, ион сам по себе довольно крупный объект. Поэтому при столкновении таких частиц, да еще разогнанных до огромных энергий, и рождается вещество с фантастической температурой.

Кстати, они (ионы) никакой опасности не представляют, так как количество сверх-разогретого вещества очень мизерное, меньше, чем атом.

Прежний рекорд- 4 триллиона градусов, установленный в Брукхейвенской национальной лаборатории (США), продержался всего пару месяцев. Для этого в коллайдере сталкивали ионы золота. Но уже тогда многие ученые предсказывали, что БАК превзойдет этот рекорд, ведь ионы свинца значительно тяжелее ионов золота.

Полученная учеными рекордная температура в 10 триллионов градусов по Цельсию держалась только несколько миллисекунд, но за это время было получено столько интересных данных, что на их анализ пришлось потратить несколько лет. Проводилось множество измерений и полученные данные многократно уточнялись и перепроверялись. После того как появилась уверенность, что кварк-глюонная плазма была получена, различные показатели пересчитали в давление и рекордную температуру.

В течение считанных микросекунд после Большого Взрыва Вселенная состояла из аналогичной кварк-глюонной плазмы, которая представляет собой не ионизированный газ, а скорее жидкость, лишенную вязкости и текущую почти без трения. В дальнейшем (по мере остывания) кварки объединяются в нейтроны и протоны, а уже из них возникают ядра атомов.

Что дальше?

Физики уверены, что при помощи БАК им удалось поймать мгновение перед тем, как плазма конденсировалась в адроны и мгновение до того, как было создано неравновесное состояние между материей и антиматерией (в другом случае наша Вселенная была бы наполнена лишь чистой энергией). Таким образом, проводимые исследования позволяют лучше понять процессы, которые происходили на ранних стадиях развития космоса. В конечном итоге ученые надеются еще больше приблизиться к пониманию того, как и почему из массы однородного кварк-глюонного «супа» возникла существующая материя

Возникновение такого особого состояния вещества, как кварк-глюонная плазма, является ключевым предсказанием квантовой хромодинамики. Согласно ей, по мере того, как ученым удастся воссоздавать условия все более ранних моментов эволюции нашей Вселенной, они увидят как, так называемое сильное взаимодействие, удерживающее нейтроны и протоны внутри атомного ядра, сойдет на нет.

Теперь с помощью установленного на БАКе детектора ALICE массой в 10 тысяч тонн, ученые смогут изучать условия, существовавшие во Вселенной всего через миллисекунду после давшего ей начало Большого взрыва.

Трудно даже предположить, какие еще открытия ожидают человечество впереди.

В мире существует множество рекордов. Как спортивных: кто выше прыгнет или быстрее всех пробежит. Так и физических: кто выше, у кого длиннее руки, ноги. Но не только люди и животные ставят рекорды. Их также любит ставить погода. Не только такие, как самая высокая волна, самый смертоносный ураган.

Не менее интересны рекорды в погоде, а именно в температуре. Принято выделять самую низкую и высокую температуру, и среднегодовую самую низкую и высокую. Выбрать определённых лидеров в этих показателях тяжело, как и составить рейтинг. Это связано с тем, что Землю можно разделить на несколько секторов. И привычно низкая температура в одном секторе никогда не будет замечена в другом, с более тёплым (тропическим) климатом.

Измерять принято по шкале Цельсия, признанной международной. Точно сказать, какова самая низкая температура, когда-либо бывшая на Земле, невозможно, так как только в двадцатом веке за этим стали пристально следить и фиксировать результаты.

Антарктида — «Купол Фудзи», -91.2 градуса

Также появилась информация, что в 2004 году, 3 августа, в районе японской арктической станции «Купол Фудзи» был зафиксирован новый всемирный температурный рекорд – -91,2 . Одна из причин установки нового температурного минимума — нахождение «Купола» на высоте 3786 метров над ватерлинией. Также следует отметить, что среднегодовая температура на территории Антарктиды составляет -60,2. Данный показатель по праву оставляет за Антарктидой звание самого морозного места на Земле.

Лидером в температурном минимуме является Антарктида. Это континент, который находится выше других над уровнем моря. Он полностью покрыт льдом, не имеет растительности. Здесь не бывает температурных условий выше нуля. Учитывая все климатические особенности Антарктиды, стоит отметить, что ей по праву принадлежит заслуженное звание самого холодного места в мире. Антарктида никому не принадлежит. Все результаты о её температурных показателях были предоставлены станциями, находящимися на её территории. Антарктиду называют Южным полюсом холода. Полюсом холода принято называть место, отмеченное самой холодной температурой.

Самую низкую официально подтверждённую температуру в Антарктиде зарегистрировала российская станция «Восток». Столбик термометра в тот раз опустился до -89,2 . Рекорд был зафиксирован в 1983 году, 21 июля. Это было сделано на высоте 3420 метров над уровнем моря.

Азия — Верхоянск, температура -67.8 градусов

В 1855 году в этой Восточной части Сибири была зафиксирована температура около -67,8 градусов. Официально ведётся спор, но большинство настаивает на том, чтобы отдать звание Полюса холода именно Верхоянску. Есть недокументальные сведения в пользу Оймякона, что в 1924 году в населённом пункте была зафиксирована более низкая температура, составившая -71,2 градуса по Цельсию. А в 1938 – -77,8 градусов по Цельсию.

Спор о более холодном климате ведётся до сих пор. Интересный факт, что Оймякон претендует на звание и Северного Полюса холода, и на всемирное. Объясняется это тем, что учитывается разница размещения над уровнем моря с арктической станцией «Восток». Поэтому Оймякон имеет право именоваться всемирным полюсом холода. Представили населённого пункта считают, что надо распределять это звание, учитывая не только температуру, но и местонахождение. Станция «Восток» располагается на высоте 3420 метров. Тогда как Оймякон находится на 741 метре.

В Оймяконе температура однажды опустилась до -67,7 градусов .Стоит отметь, что низшими температурными показателями тягаться с Антарктидой невозможно. Но каждый континент имеет свои температурные рекорды, которые не сильно уступят Южному Полюсу холода. Такой конкурент есть в Азии, именно в России. В мире его называют Северный Полюс холода – Оймякон. Это место находится на высоте 741 метр над ватерлинией.

Некоторые считают, что Оймякон — самое суровое место с температурой ниже нуля, имеющее постоянное население. -67,7 – с таким показателем принято считать Оймякон Северным полюсом холода. Главная проблема в том, что не только один Оймякон претендует на почётное звание Полюса холода. На эту тему идёт немало споров. И многие учёные считают Верхоянск самой холодной точкой Азии и северной части полушария.

Европа -Усть-Щугор, температура -58.1 градус

Самая низкая температура ещё раз была отмечена в России, но уже в её европейской части Сибири. Усть-Щугор – небольшое село на территории республики Коми. Оно известно только своими температурными рекордами. -58,1 – именно с таким показателем данному населённому пункту удалось установить самую низкую температуру в Европе. Это было совершено под самый Новый год, 31 декабря 1978 года.

Северная Америка — Нортайс, температура -66.1 градус

Венцом торжества стал гренландский Нортайс в 1954 году, 9 января. Он пришёл в рейтинг самых низкий температур с личным рекордом в -66,1 градус по Цельсию. 2345 метров над ватерлинией (Гренландский ледяной щит) – именно на такой высоте находится рекордсмен Северной Америки среди температур ниже нуля.

Южная Америка — Валье-де-лос-Патос-Супериор, температура -39 градусов

Холодом порадовала жаркая и странная Аргентина. Это произошло в Валье-де-лос-Патос-Супериор, где температура упала в 1972 году. Температура достигла отметки -39 17 июля. Как и в предыдущих случаях, немаловажную роль сыграла высота расположения – 2880 метров над уровнем моря.

Австралия — Шарлотт Пасс, температура -23 градуса

Южный континент, на первый взгляд такой жаркий, имеет свою снежную сторону. Шарлотт Пасс – самая холодная зона Австралии. Где в зимние месяцы температура вполне может быть ниже нуля. 1755 метров над уровнем моря сыграли свою роль. И дали рекорд для Австралии в -23 градуса. Что на первый взгляд может показаться не так холодно. Но только если ты не привык встречать Новый год на пляже и в купальнике. Здесь находится единственный и уникальный горнолыжный курорт Австралии.

Африка — Ифран, температура -23.9 градуса

Последняя в списке, но не последняя по значению. Даже в Африке бывает холодно – Ифран, Марокко. В 1935 году город порадовал температурой -23,9 градусов . Впоследствии из-за непривычно холодного климата для Африки он был сделан горнолыжным курортом.

Самая низкая температура в мире, которую еще называют “абсолютным нулем” – это ноль градусов по шкале Кельвина или -273.15 градусов по шкале Цельсия, или 459.67 градусов по шкале Фаренгейта. Невозможно представить, что самая низкая температура воздуха бывает больше минус 100 градусов. Несколько фактов: самая низкая температура на Луне достигает -240 градусов Цельсия, самая низкая температура у человека достигала 14.2 градуса Цельсия. Если учитывать фантастические фильмы или произведения, то можно встретить прием замораживания. Во время этого приема живое существо охлаждается так сильно, что способно просуществовать несколько тысячелетий и при этом не старея и не портясь. Но так ли это на практике?

Если смотреть с теоретической точки зрения, то такое возможно, если у вещества будет отсутствовать внутренняя энергия, другими словами движение самых мелких частиц в веществе должно быть совершенно остановлено. При охлаждении вещества эти частицы замедляются. Стоит предположить, что есть такой предел охлаждения, во время которого каждое колебание частиц может быть остановлено или другими словами заморожено.

На самом деле этот предел есть, но это лишь теоретически. Данную величину назвали “Абсолютный ноль”. Абсолютный ноль является самой низкой температурой вещества и во Вселенной. В лабораториях можно достигать любых малых величин температуры, но вот абсолютный ноль достигнут не будет, потому что эта величина противоречит всем законам физики и термодинамике в частности.

К самой низкой температуре в природе подобрались физики из США Эрик Корнелл и Карл Виман. В 1995 году во время охлаждения атомов рубидия физики смогли достигнуть температуры меньше чем 1/170 миллиардов доли градуса выше абсолютного нуля (5,9-10 – 12). Где сейчас самая низкая температура встречается на нашей Земле? В естественных условиях самую низкую температуру в мире можно встретить только в открытом космосе. Там температура достигает -270,5 по шкале Цельсия. Это обусловлено реликтовым излучением, которое пронзает нашу Вселенную. Эта температура равна примерно 2,7 по шкале Кельвина.

Где была самая низкая температура зафиксирована на Земле? Сейчас самая низкая температура зафиксирована в Антарктиде. Самая низкая температура воздуха бывает -89,2 градуса Цельсия. Этот рекорд был достигнут в 1983 году. После этого самая низкая температура на Земле не могла побить данный рекорд. Но через 30 лет в 2013 году ученые смогли установить еще один рекорд. Самая низкая температура на планете достигла отметки -93,2 градуса Цельсия. Область с самой низкой температурой в мире находится в горах Антарктиды между двумя вершинами Фуджи и Аргус. Все измерения и исследования ученые проводили с помощью спутника. Но эта самая низкая зафиксированная температура не была внесена в книгу рекордов Гиннеса. А все потому, что измерения происходили бесконтактным методом со спутника, а не контактным термометром.

О самой низкой температуре по Цельсию в городах России. Самая низкая температура в Перси была зарегистрирована в 1978 году и составила -47,1 градусов. Норильск является одним из северных городов России и самая низкая температура в Норильске может опускаться -60 градусов по Цельсию. Самая низкая температура в Сургуте достигает -40 градусов. А вот самая низкая температура в Сочи была зарегистрирована в 1899 году это -4 градуса. Самая низкая температура в Крыму достигала -36,8 градусов. Такая температура была зафиксирована в 1940 году. Самая низкая температура в Таиланде может опуститься до +20 градусов и для местных жителей это считается "лютыми морозами". Как это звучит не пародоксально, но в 1935 году в феврале месяце была зарегистрирована самая низкая температура в Африке. Температура опустилась до -23.9 градусов. Морозная Якутия, самая низкая температура которой достигала -77.8 градусов по Цельсию, считается самым холодным местом в России.

Какая температура в космосе за пределами земной атмосферы? А в межзвездном пространстве? А если мы выйдем за пределы нашей галактики, будет ли там холоднее, чем внутри Солнечной системы? И можно ли вообще говорить о температуре применительно к вакууму? Попробуем разобраться.

Что такое тепло

Для начала необходимо понять, чем же в принципе является температура, как образуется тепло и отчего возникает холод. Чтобы ответить на эти вопросы, необходимо рассмотреть строение материи на микроуровне. Все вещества во Вселенной состоят из элементарных частиц - электронов, протонов, фотонов и так далее. Из их сочетания образуются атомы и молекулы.

Микрочастицы не являются неподвижными объектами. Атомы и молекулы постоянно колеблются. А элементарные частицы и вовсе перемещаются со скоростями, близкими к световым. Какая тут связь с температурой? Прямая: энергия движения микрочастиц - это и есть тепло. Чем сильнее колеблются молекулы в куске металла, например, тем горячее он будет.

Что такое холод

Но если тепло - это энергия движения микрочастиц, то какой будет температура в космосе, в вакууме? Конечно, межзвездное пространство не совсем пустое - сквозь него движутся фотоны, несущие свет. Но плотность материи там намного ниже, чем на Земле.

Чем меньше атомы сталкиваются друг с другом, тем слабее греется вещество, которое из них состоит. Если находящийся под большим давлением газ выпустить в разреженное пространство, его температура резко понизится. На этом принципе основана работа всем известного компрессорного холодильника. Таким образом, температура в открытом космосе, где частицы находятся очень далеко друг от друга и не имеют возможности сталкиваться, должна стремиться к абсолютному нулю. Но так ли это на практике?

Как происходит передача тепла

Когда вещество нагревается, его атомы испускают фотоны. Это явление тоже хорошо всем знакомо - накалившийся металлический волосок в электрической лампочке начинает ярко светиться. При этом фотоны переносят тепло. Таким образом энергия переходит от горячего вещества к холодному.

Космическое пространство не только пронизано фотонами, которые испускают бесчисленные звезды и галактики. Вселенная заполнена также так называемым реликтовым излучением, которое образовалось на ранних этапах ее существования. Именно благодаря этому явлению температура в космосе не может опуститься до абсолютного нуля. Даже вдали от звезд и галактик материя будет получать рассеянное по Вселенной тепло от реликтового излучения.

Что такое абсолютный нуль

Никакое вещество нельзя охладить ниже определенной температуры. Ведь остывание - это потеря энергии. В соответствии с законами термодинамики в определенной точке энтропия системы достигнет нуля. В этом состоянии вещество уже не сможет терять энергию. Это и будет предельно возможная низкая температура.

Наиболее яркой иллюстрацией этого явления может служить климат Венеры. Температура на ее поверхности достигает 477 °C. Благодаря атмосфере Венера жарче, чем Меркурий, который находится ближе к Солнцу.

Средняя температура поверхности Меркурия 349,9 °C днем и минус 170,2 °C ночью.

Марс может нагреваться до 35 градусов Цельсия летом на экваторе и охлаждаться до -143 °C зимой в районе полярных шапок.

На Юпитере температура достигает -153 °C.

Но холоднее всего на Плутоне. Температура его поверхности - минус 240 °C. Это лишь на 33 градуса выше абсолютного нуля.

Самое холодное место в космосе

Выше было сказано, что межзвездное пространство прогревается реликтовым излучением, а потому температура в космосе по Цельсию не опускается ниже минус 270 градусов. Но оказывается, могут существовать и более холодные участки.

В 1998 году телескоп Хаббл обнаружил газо-пылевое облако, которое стремительно расширяется. Туманность, названная Бумерангом, образовалась вследствие явления, известного как звездный ветер. Это очень интересный процесс. Суть его состоит в том, что из центральной звезды с огромной скоростью "выдувается" поток материи, которая попадая в разреженное космическое пространство охлаждается вследствие резкого расширения.

По оценкам ученых, температура в туманности Бумеранг составляет всего один градус по шкале Кельвина, или минус 272 °C. Это самая низкая температура в космосе, которую на данный момент удалось зафиксировать астрономам. Туманность Бумеранг находится на расстоянии 5 тысяч световых лет от Земли. Наблюдать ее можно в созвездии Центавра.

Самая низкая температура на Земле

Итак, мы выяснили, какая температура в космосе и какое место самое холодное. Теперь остается узнать, какие самые низкие температуры были получены на Земле. А произошло это в ходе недавних научных экспериментов.

В 2000 году исследователи из Технологического университета в Хельсинки охладили кусок металла родия почти до абсолютного нуля. В ходе эксперимента была получена температура равная 1*10 -10 Кельвина. Это всего на 0,000 000 000 1 градуса выше нижнего предела.

Целью исследований было не только получение сверхнизких температур. Основная задача заключалась в изучении магнетизма ядер атомов родия. Это исследование было весьма успешным и принесло ряд интересных результатов. Эксперимент помог понять, как магнетизм влияет на сверхпроводящие электроны.

Достижение рекордно низких температур состоит из нескольких последовательных этапов охлаждения. Вначале с помощью криостата металл охлаждается до температуры 3*10 -3 Кельвина. На следующих двух этапах используется метод адиабатического ядерного размагничивания. Родий охлаждается до температуры сначала 5*10 -5 Кельвина, а затем достигает рекордно низкой температуры.