Рекорды в науке и технике. Предельные значения величин

В последние годы климат сильно изменился, и не только в сторону потепления. Особенно заметно такие изменения происходят в зонах резко-континентального климата. Здесь лето невозможно жаркое, зима - очень морозная. Поищем ответы на вопросы: где самая низкая температура на Земле? Где холоднее всего?

Климат Северного полушария в 19 веке

Казалось бы, самыми холодными должны быть Северный и Южный полюса, как самые дальние от экватора. На самом же деле все обстоит не так просто.

В Северном полушарии есть несколько населенных пунктов, которые по праву могут называться “полюсами холода”. Все они расположены в России. И это не удивляет, так как ей принадлежит огромнейшая часть северных территорий.

Давно, в 19 веке, в одном из таких поселков (Верхоянск) была зафиксирована критическая температура - 63.2 градуса мороза. Он расположен в северо-восточном направлении от Якутска, в 650 километрах от него. В этом же районе в январе 1885 года была отмечена еще большая минусовая отметка температуры - 67.8 градусов. На тот момент это - самая низкая температура на Земле.

Верхоянск в то время был местом ссылки политических заключенных. Измерения производились, как полагается, на оборудованной метеостанции одним из политических ссыльных И. А. Худяковым. В связи с этим в Верхоянске есть памятник под названием «Полюс холода». Есть там и любопытный краеведческий Улусный музей с таким же названием.

Морозы 20 века, современность

В середине XX века были произведены измерения температуры на Оймяконе - поселке, расположенном чуть южнее (на 4 градуса) Верхоянска. Это было сделано С. В. Обручевым (сыном автора произведений «Земля Санникова» и «Плутония»). По его данным выходило, что здесь возможна минусовая отметка в 71.2 градуса. И это на то время была самая низкая температура на Земле.

Оймяконская впадина по уровню расположена выше Верхоянской. Кроме того, она окружена горами, задерживающими морозный и сухой воздух во впадине. Однако такая температура на практике не наблюдалась. И все же, Оймякон прославился, как самое морозное место.

Оймякон. Борьба за звание «полюса холода»

На самом деле Обручевым расчеты были произведены возле другого села - Томтор, находящегося в 30 километрах от Оймякона. Так как практически все географические объекты этого района (плоскогорья, впадина и др.) называются именно Оймяконскими, поэтому Оймякон и стал таким известным.

В самом же Томторе, уже в феврале 1933 года, на метеостанции была зафиксирована температурная отметка - минус 67.7 градусов. То есть, пока не побит рекорд самой низкой температуры на Земле (Верхоянской, 1885 г.) с отставанием в 0.1 градуса. Сами жители Томтора считают, что метеостанция построена позже, когда стало происходить потепление климата. А так, вероятнее всего, они давно бы побили рекорд.

По средним температурам за 15 лет в Верхоянске минимальная температура была всего лишь минус 57, а в Томторе она составляла минус 60.0 градусов. А по абсолютным минимумам за этот же период времени температуры такие: Верхоянск - 61.1, а Томтор - 64.6 градусов. Выходит, что в Томторе холоднее, чем в Верхоянске.

Оймяконская метеостанция, в связи с рекордными данными, отмечена в Книге Гиннеса. Но якутские власти переиначили все. Они решили и признали «полюсом холода» именно Верхоянск. Возможно, для того, чтобы привлечь больше туристов.

Станция «Восток». Самая низкая температура на Земле

Достижения вышеуказанных Верхоянска и Томтора меркнут перед значениями температур станции «Восток», находящейся в Восточной Антарктиде. Вот это и есть самый реальный «Полюс Холода».

Станция эта располагается на высоте почти 3,5 километров над уровнем моря, на самом ледяном куполе. На ней была зафиксирована самая низкая отметка температуры - минус 89.2 градуса. Это удивительно! Даже летом температура здесь держится в пределах - 20-40 градусов мороза! Стоит это прочувствовать и увидеть, чтобы понять, что значит настоящий холод.

В Восточной Антарктиде самая низкая температура на Земле.

Дашти-Лут, ливийская пустыня

Самый горячий воздух на Земле был зарегистрирован в 2005 году в Ливии в пустыне Дашти-Лут. Столбик термометра показал плюс 70 градусов по Цельсию.

При такой температуре можно приготовить пищу без использования огня, так как поверхности предметов настолько нагреваются на Солнце, что на них можно спокойно пожарить яичницу. А ходить босиком по земле невозможно. Воздух даже в тени прогревается до 60 градусов.

В Ливии есть еще одна пустыня - Эль-Азизия. На ней в сентябре 1922 года была замечена плюсовая температура 57,8 градусов.

Есть в США Долина Смерти. Там зафиксирована самая жаркая температура на отметке 56,7 градусов. А средняя температура летняя здесь +47 градусов.

Вселенная. Самое холодное место

Самая низкая температура во Вселенной в туманности Бумеранг. Считается, что это и есть то самое холодное место во всей Вселенной. Минус 272 °C ее температура. Это при том, что за самую низкую температуру принимают минус 273°C - самый нижний принятый предел всех температур.

Откуда такая температура? Что происходит?

В самом центре этой туманности расположена умирающая звезда, которая на протяжении уже 1500 лет испускает газы в виде ветра, двигающиеся с немыслимо огромной скоростью - 500 000 километров в час. Выходящий из туманности газ охлаждается таким же образом, как и воздух, который люди выдыхают. Температура самого газа на два градуса меньше температуры места, в котором он затем расширяется. В связи с быстрым расширением, она охладилась до 272 по Цельсию.

Свое название эта удивительная туманность получила из-за сходства по внешнему виду с бумерангом, хотя, считается, что она больше похожа на бабочку. Это связано с тем, что австралийские ученые, которые обнаружили это место в 1980 году, не имели настолько мощных телескопов, как сейчас, и увидели у туманности только отдельные фрагменты. Современный телескоп "Хаббл" сделал наиболее верный снимок.

Таким образом, места на Земле, где самая высокая и низкая температура, это, соответственно, Ливийская пустыня Дашти-Лут и Восточная Антарктида. И таким явлениям природы еще нет предела.

Рекордно низкая температура за все время наблюдений на Земле была зафиксирована в Антарктиде на российской станции Восток 21 июля 1983 г. Температура -89,2 °С была измерена полярниками и занесена в журнал наблюдений. Этот рекорд долгое время не был побит. В декабре 2013 г., 30 лет спустя, американские ученые доложили об открытии области в Антарктиде, где температура часто устанавливается ниже рекордной. По их данным в этой области температура может достигать экстремальных значений до -93,2 °С.

По новейшим данным NASA область с самой низкой температурой находится высоко в горах Антарктиды между вершинами Аргус и Фуджи восточного антарктического плато. Исследования и измерения проводились с помощью спутника Landset 8.

Предположение о том, что в Антарктиде существуют области с температурой ниже зафиксированного минимума, возникло у американских исследователей после того, как при тщательном близком рассмотрении восточного плато были обнаружены разломы в снежных дюнах. На первом этапе исследований измерения проводились со спутников с помощью спектрорадиометра MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) и высокочувствительного радиометра AVHRR (the Advanced Very High Resolution Radiometer). Экстремально низкие температуры были зафиксированы на хребте длиной 620 миль между вершинами Аргус и Фуджи, еще более низкая температура - карманах хребта. Затем измерения продолжил более чувствительный инфракрасный радиометр TIRS (Thermal Infrared Sensor), установленный на борту нового спутника Landset 8. С помощью него и были проведены измерения самой низкой на Земле температуры.

[Изображение с сайта NASA]

Ученые попытались не только зафиксировать низкую температуру, но и объяснить ее происхождение. Было замечено, что температура интенсивно падает в условиях чистого неба, когда земля отдает тепло в космос. Это создает на вершинах слой супер охлажденного воздуха над поверхностью из снега и льда. Этот слой более плотный и тяжелый, поэтому может соскальзывать с вершин на плато, после чего воздух попадает в карманы хребта, как в ловушку и охлаждается еще сильнее. Фактически ученые обнаружили не точки, а целую высокогорную область в Антарктике, в которой температура часто достигает экстремально низких значений.

Следует однако заметить, что самая низкая температура на Земле -93,2 °С не внесена в книгу рекордов Гиннеса, поскольку измерения проводились бесконтактным методом со спутника Landsat 8, а не контактным термометром. (Правда, возникает вопрос, был ли достаточно точно отградуирован контактный термометр, которым измеряли температуру на базе Восток?). Тем не менее, новые данные об экстремальной температуре на Земле подтвердили наличие очень холодных зон в Антарктиде.

Немного информации о Landset 8. Исследовательский спутник Landset 8 предназначен не только для измерения температуры поверхности Земли. Он был запущен 11 февраля 2013 г. и сейчас делает за один день примерно 550 снимков поверхности Земли очень высокого разрешения. Причем USGS обрабатывает снимки, архивирует их и распространяет в сети Интернет абсолютно бесплатно. С помощью Landset 8 стало можно отслеживать любые изменения, связанные с природными явлениями и деятельностью человека. Для того, чтобы больше узнать о состоянии нашей планеты, заходите на сайт Landset 8.

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.

Давайте рассмотрим каковы температурные рекорды в мире и те места, где они были зафиксированы. Иными словами эта подборка 10 самых жарких и холодных мест Земли .

Для начала предлагаю рассмотреть самые холодные. Эти места по общему мнению являются самыми холодными на Земле . Бррр – не хотел бы я там жить (:

• Антарктида. Станция Восток.

Принадлежит эта станция, как Вы наверно уже догадались, русским. Именно здесь была зафиксирована самая холодная температура . Знаменательной датой является 21 июля 1983 года, тогда был лютый мороз, а столбик термометра показал рекорд нашей планеты -89,2 ° C . А теперь чуть конкретнее об этом месте: высота над уровнем моря 3,5 километра, станция находится в районе одного из самых больших озер мира: одноименное озеро Восток. Естественно озеро не на поверхности, оно находится подо льдом на глубине 4 километра.

• Канада. Станция Эврика.

Эту исследовательскую станция часто называют самым холодным населенным пунктом в мире . -20 ° C – среднегодовалая температура воздуха, и зимой t обычно опускается до -40 ° C. Эта станция задумана как метеорологическая и была создана в середине прошлого столетия.

• Россия. Якутия. Оймякон.

Ну а это место уже на Севере: 350 км от Северного полярного круга на юг. Здесь был зафиксирован рекорд самой низкой температуры для Северного полушария -71,2 ° С (1926 год). Что подтверждает мемориальная доска, установленная после этого события.

• США. Денали (гора Мак-Кингли).

Эта самая высокая точка Северной Америки. Гора Мак-Кингли – самая холодная на Земле , её высота составляет 6 194 метра.

• Монголия. Улан-Батор.

А это уже самая холодная столица . Высота над уровнем моря составляет 1,3 километра. Термометр очень редко показывает температуру выше -16 ° C в Январе.

Ну чтож, мы побывали в самых “ледяных” местах. Лично мне захотелось сразу выпить чашечку горячего кофе или чая, но это совсем не обязательно делать, ведь дальше мы отправимся с Вами в самые жаркие страны. Ну так давайте продолжим!

Итак, самые жаркие места в Мире .

• Ливия. Эль-Азизия.

Эль-Азизия находится всего-то в часе езды от Средиземного моря. И несмотря на это там очень жарко. Например, 13 сентября 1922 года стояли такие знойные деньки, что столбик термометра неустанно показывал отметку в 57,8 ° C.

• Африка. Эфиопия. Даллол.

Место находится ниже уровня моря на 116 метров. И именно в Даллоле наблюдается рекордно высокая средняя температура воздуха +34,4 ° C. Местность покрыта солью и по природе своей является вулканической, так что здесь ничего не растет и вообще нет ничего живого.

• Ливия. Пустыня Дашти-Лут.

Именно в этой пустыне зафиксирована самая высокая температура на поверхности Земли +70 ° C . Вот он рекорд!! Вот максимальная температура!! кстати о дате: зафиксировать такую температуру здесь смогли 2 раза: в 2004 и в 2005 годах. Эта пустыня одно из самых засушливых мест планеты. Здесь так же нет ничего живого, включая даже бактерий. Представьте себе: там не выживут даже бактерии! А вот дюны там как в сказке: достигают отметки 500 метров в высоту и являются самыми красивыми!

• США. Калифорния. Долина Смерти.

Этой пустыне принадлежит второй рекорд по самой высокой температуре : +56,7 ° C. Средняя летняя температура тут приблизительно +47 ° С. Долина Смерти – самое сухое место США, она окружена горами и расположена на 86 метров ниже уровня моря.

• Таилинд. Бангкок.

Среднегодовалая температура в этом городе +28 ° C. Наиболее жарко здесь с марта по май – средняя температура в этих месяцах +34° C, а если еще и учесть что влажность 90%, то это уж вообще (зря я чашечку горячего кофе выпил все таки (=).

Давайте подведем итоги. Мы побывали в удивительных местах: именно в них были зафиксированы температурные рекорды , самые низкие и самые высокие. Лично я уяснил для себя: не нужно крайностей; и меня, оказывается, вполне устраивает климат того места где я живу, здесь бывает и холодно и жарко, но по сравнению с местами перечисленными выше, в меру.

Мы знаем, что минимально возможная температура составляет -273.15 °C. При такой температуре движение частиц прекращается, и выделяемая ими тепловая энергия становится равна нулю. Вероятно, должна существовать и такая точка, выше которой частицы уже не смогут выделять больше тепловой энергии, достигнув своего максимума.

Современная физика считает, что эта точка находится на уровне 1.41679 × 10 32 K (Кельвинов) и называется Планковской температурой. Именно такой была температура Вселенной в первые доли секунд после Большого взрыва.

Как Кельвины перевести в Цельсии?

В физике удобно измерять температуру в Кельвинах, которые не подразумевают наличие шкалы отрицательной температуры, то есть абсолютный ноль здесь равен нулю. Чтобы представить температуру в более привычных нам градусах Цельсия, достаточно знать формулу, по которой вычисляется температура в Кельвинах. T K (темп. В Кельвинах)= T C (температура в Цельсиях) + T 0 (константа, равная 273.15). Иными словами, чтобы перевести кельвины в Цельсии, достаточно вычесть из Кельвинов число 273.15. например, 1000 К = 1000 — 273.15 = 726.85 °C.

Учитывая формулу по переводу Кельвинов в градусы Цельсия, мы можем представить планковскую температуру в градусах Цельсия как 1.41679 * 10(32)-273.15 °C. Конечно, данная оценка вычислена теоретически и основана на том, что если материи, разогретой до Планковской температуры, придать ещё энергии, то это не приведет к увеличению скорости частиц и, как следствие, повышению температуры. Зато вызовет появление новых частиц во время хаотических столкновений уже существующих, что приведет к росту массы материи. Но представим, что материи, разогретой до планковской температуры, всё-таки придать ещё энергии, чтобы попытаться нагреть её ещё больше. В таком случае, всю Вселенную ждет… а что ждет Вселенную после прохождения точки планковской температуры, не знает никто. Вероятно, гравитационное взаимодействие между частицыми разогретой материи станет настолько сильным, что сравняется с тремя другими взаимодействиями: электромагнитным, сильным и слабым. Описать физику нашего мира а таких не может ни одна существующая на сегодняшний день физическая теория.

Но вернемся от дел космических к делам земным. В своих попытках достичь максимально возможной температуры в пределах лабораторий человек установил температурный рекорд на уровне около 5.5 триллионов Кельвинов, что можно записать как 5*10 12 К. Конечно, ученые не разогревали кусок железа до этой немыслимой температуры — на это просто не хватило бы энергии. Данная температура была зафиксирована во время эксперимента в Большом адронном коллайдере во время столкновения ионов свинца при околосветовых скоростях.