Astronomie

Quelle est la température de l'espace autour de la Terre ?

Quelle est la température de l'espace autour de la Terre ?

Quelle est la température d'équilibre qu'atteindra un corps noir à la distance de la Terre du Soleil ?


Supposons que vous ayez un corps noir sphérique.

Le flux solaire au rayon de la Terre est donné avec une bonne approximation par $L/4pi d^2$, où $d = 1$ au. C'est $f=1367.5$ W/m$^2$ (mais notez que la distance entre la Terre et le Soleil a un moyenne de 1 au).

S'il s'agit d'un corps noir sphère, il absorbe tout le rayonnement incident sur lui. En supposant que ce soit juste le rayonnement du Soleil (la lumière des étoiles étant négligeable), alors une simple intégration en coordonnées polaires sphériques nous dit que le corps absorbe $pi r^2 f$ W, où $r$ est son rayon.

S'il est alors capable d'atteindre l'équilibre thermique et que toute sa surface est à la même température, alors il re-rayera toute cette puissance absorbée. Donc $$pi r^2 f = 4 pi r^2 sigma T^4,$$ où $T$ est la "température d'équilibre du corps noir". Donc $$ T = left( frac{f}{4sigma} ight)^{1/4} = 278,6 K$$


Ce n'est pas une question simple à répondre. En dehors de l'influence du champ magnétique terrestre, "l'espace" est en fait rempli du vent solaire, qui a une température nominale élevée mais une faible densité d'énergie - en d'autres termes, les particules du vent solaire se déplacent très rapidement mais il n'y en a pas beaucoup. d'eux.

Si vous voulez dire quelle température un corps noir atteindrait sous la lumière constante du soleil, alors probablement pas si différent de la température de la Terre, mais vous ne mesurez pas alors la température de l'espace, mais plutôt l'intensité du rayonnement solaire.


Qu'est-ce que le plasma spatial et comment la Terre peut-elle l'utiliser ?

L'univers est composé de plasma spatial ? Qu'est-ce que le plasma spatial ? Lisez la suite pour en savoir plus sur le quatrième état de la matière.

Les scientifiques considèrent le plasma spatial comme le quatrième état de la matière après le solide, le liquide et le gaz. Par définition, le plasma spatial est un état de la matière similaire au gaz dans lequel une partie particulière des particules a été ionisée. Les plasmas se trouvent dans tout le système solaire et au-delà : dans la couronne solaire et le vent solaire, dans les magnétosphères de la Terre et d'autres planètes, dans les queues des comètes, dans les milieux interstellaires et intergalactiques et les disques d'accrétion autour des trous noirs . Il y a aussi des plasmas ici sur Terre, allant de l'intérieur d'un réacteur de fusion nucléaire à une flamme de bougie. (University College Of London, 2019) Les scientifiques veulent en apprendre le plus possible sur le plasma afin de pouvoir appliquer ces informations aux générateurs d'énergie nucléaire.


Alors, jusqu'où peut-il faire froid ?

Zéro absolu

Théoriquement, la température la plus froide possible dans l'univers est Zéro absolu, qui est de -273,15 o C (-459,67 o F) ou simplement 0 Kelvin. En pratique, cependant, il est impossible qu'une substance atteigne la température du zéro absolu. Toute l'énergie cinétique d'une molécule, c'est-à-dire ses vibrations, s'arrêtera, de sorte qu'aucune autre chaleur ne pourra s'écouler à une température de zéro absolu.

De nombreux physiciens ont passé toute leur carrière à essayer de refroidir les choses à une température de zéro absolu en utilisant des lasers et des champs magnétiques, mais ils n'ont pas vraiment réussi. C'est parce qu'au Zéro Absolu, les lois classiques de la physique cessent d'être valides et la mécanique quantique devient beaucoup plus répandue. En fait, les lois fondamentales de la mécanique quantique interdisent à tout objet d'atteindre une température de zéro absolu. Pour comprendre pourquoi il l'interdit, il faudrait un traitement mathématique complexe impliquant les principes de Heisenberg, que nous laisserons pour un autre article.


Plan de leçon - Obtenez-le !

Si vous pouviez monter dans le ciel, combien de temps vous faudrait-il pour atteindre l'espace ? Comment serait le voyage ? Survivriez-vous même ? Continuez à lire pour le découvrir!

Une fine couche d'air entoure la Terre. Cet air est notre atmosphère. L'air n'est pas une chose spécifique - c'est le mélange de gaz entourant la Terre. La majeure partie du gaz est de l'azote (78 %) ou de l'oxygène (21 %). L'autre 1 % est un mélange d'argon (0,9 %), de dioxyde de carbone (0,03 %) et de traces de néon, d'hélium, de méthane, de vapeur d'eau, de krypton, d'hydrogène et de xénon. Selon votre emplacement et la période de l'année, l'air peut également contenir du pollen.

L'air n'est pas réparti uniformément dans l'atmosphère. Si vous deviez voyager depuis la surface de la Terre, il y aurait de moins en moins d'air au fur et à mesure que vous montez. Pourquoi?

La gravité attire les molécules d'air vers la Terre, ce qui signifie que l'air "le plus épais" est juste au-dessus de la surface de la Terre. Au fur et à mesure que vous montez et que votre altitude augmente, l'air devient de plus en plus fin.

Il y a moins de molécules d'air à haute altitude, y compris les molécules d'oxygène. Cela rend la respiration plus difficile à haute altitude. Les alpinistes extrêmes apportent des réservoirs d'oxygène à utiliser lorsque l'air devient trop mince et qu'ils ne peuvent plus obtenir suffisamment d'oxygène par une respiration normale.

Pour en savoir plus sur la pression atmosphérique, consultez la leçon Elephango sous Ressources supplémentaires dans la barre latérale de droite.

Notre atmosphère est séparée en couches distinctes. Parfois, la température augmente au fur et à mesure que vous montez, parfois elle diminue. Chaque fois que le changement de température change de direction, il marque la limite entre des couches atmosphériques distinctes.

Commençons par la surface et regardons chaque couche, une à la fois. Nous allons apprendre beaucoup d'informations, vous devriez donc avoir un moyen d'organiser vos notes. Imprimer le Feuille de notes sur les couches atmosphériques trouvé sous Ressources téléchargeables dans la barre de droite et remplissez-le au fur et à mesure de votre lecture.

Couche 1 : Troposphère

La troposphère commence au niveau du sol et s'étend jusqu'à environ 10 km (environ 6 miles ou 33 000 pieds). En se déplaçant vers le haut à travers la troposphère, la température diminue régulièrement. C'est pourquoi les points hauts, comme les sommets des montagnes, sont recouverts de neige.

La troposphère contient la quasi-totalité de la vapeur d'eau de notre atmosphère. Cela signifie que les nuages ​​et le temps n'existent que dans la troposphère.

Au sommet de la troposphère, nous atteignons une section appelée la tropopause, la limite entre la troposphère et la couche suivante. Dans la tropopause, la température arrête finalement de baisser aux alentours de -60°F (-15°C) et reste assez stable avant de commencer à augmenter lorsque nous entrons dans la couche suivante : la stratosphère.

Couche 2 : Stratosphère

La stratosphère commence là où la troposphère se termine et s'étend jusqu'à environ 50 km (31 miles) au-dessus de la Terre.

En remontant dans la stratosphère, la température augmente maintenant au lieu de diminuer. Il ne fait pas très chaud, cependant, et la température cesse d'augmenter juste avant que nous n'atteignions le point de congélation (0°C, 32°F). Bien que trop élevé pour la plupart des avions commerciaux, les gros jets peuvent voler dans la stratosphère pour éviter les systèmes météorologiques présents dans la troposphère.

La stratosphère est relativement calme car elle est déjà fraîche en bas et chaude en haut, donc il n'y a pas beaucoup de mouvement d'air convectionnel. Malheureusement, c'est aussi pourquoi les polluants rejetés dans l'atmosphère restent dans la stratosphère presque stagnante pendant de longues périodes. C'est encore pire parce que la stratosphère est l'endroit où se trouve notre couche d'ozone. La couche d'ozone est faite de--vous l'aurez deviné--ozone (O3). L'ozone nous protège de certains des rayons solaires les plus nocifs.

Alors que nous atteignons le sommet de la stratosphère (la stratopause), l'air est maintenant environ 1 000 fois plus fin qu'à la surface de la Terre.

Couche 3 : Mésosphère

La mésosphère existe d'environ 50 km (31 miles) à environ 85 km (53 miles) au-dessus de la Terre. En montant à travers la mésosphère, la température diminue à nouveau. On ne sait pas grand-chose de la mésosphère car elle est trop haute pour que les avions ou même les ballons météorologiques puissent l'atteindre. Même les satellites ne peuvent pas nous donner beaucoup d'informations car ils orbitent autour de la Terre au-dessus de la mésosphère et ne peuvent pas mesurer directement les conditions au sein de cette couche mystérieuse.

La plupart des météores qui frapperaient autrement la Terre sont à la place vaporisés dans la mésosphère. Quelques morceaux de météore restent dans cette couche, ce qui fait que cette couche a une concentration légèrement plus élevée de métaux. Au sommet de la mésosphère, nous atteignons la mésopause avant d'entrer dans la quatrième couche de notre atmosphère : la thermosphère.

Couche 4 : Thermosphère

La thermosphère s'étend d'environ 90 km (56 miles) à entre 500 et 1 000 km (311 et 621 miles) au-dessus de la Terre. "L'espace extra-atmosphérique" commence officiellement dans cette couche à une altitude de 100 km (62 miles). Il ne faudrait qu'environ une heure de conduite à vitesse d'autoroute pour atteindre ce point de notre voyage !

La thermosphère est très chaude le jour mais froide la nuit. La densité de l'air est si faible ici que la majeure partie de la thermosphère est techniquement considérée comme faisant partie de l'espace. Lorsque le soleil est particulièrement actif, la thermosphère se gonfle pour absorber davantage de rayons X et de rayons UV.

En raison des températures extrêmes, il serait difficile de permettre aux humains de passer du temps dans la thermosphère, cependant, c'est là que la plupart des satellites orbitent autour de la Terre. Les satellites sont utilisés à diverses fins, notamment pour envoyer des données de positionnement global (GPS), des signaux radio et TV, et même des mesures météorologiques vers la Terre.

La thermosphère abrite également les aurores, les aurores boréales et australes de la Terre. Ces lumières sont produites lorsque des particules chargées de l'espace entrent en collision avec des molécules et des atomes. Cela envoie les particules dans un état d'énergie plus élevé, puis cette énergie supplémentaire est émise sous forme de lumière que nous voyons.

Couche 5 : Exosphère

L'exosphère est notre dernière couche atmosphérique. Ici, l'air est si fin qu'il est presque identique aux conditions de l'espace extra-atmosphérique. Le bas de l'exosphère (et le haut de la thermosphère) s'appelle la thermopause ou exobase et se trouve à environ 1 000 km (620 miles) au-dessus de notre planète.

Il ne se passe pas grand-chose dans cette couche. Même la Station spatiale internationale (ISS) orbite sous l'exosphère. Les particules de gaz sont si éloignées les unes des autres qu'elles entrent rarement en collision, passant leur temps à flotter sans but et sans être dérangées.

Le sommet de l'exosphère est difficile à localiser car il s'estompe progressivement dans l'espace. Certains scientifiques ne pensent même pas que l'exosphère est en fait une partie de notre atmosphère et que la thermosphère devrait être la couche supérieure. Cependant, la plupart des scientifiques incluent l'exosphère comme couche atmosphérique.

Utilisez le Graphique en T de l'exosphère trouvé sous Ressources téléchargeables dans la barre latérale de droite pour organiser vos pensées. Sur un côté du graphique, énumérez les raisons pour lesquelles l'exosphère devrait être considérée comme une couche de l'atmosphère. De l'autre côté, énumérez les raisons contre.

Une fois que vous avez terminé votre Graphique en T de l'exosphère, passez à la J'ai compris? section pour organiser notre ambiance!


À quel point l'espace est-il froid ?

Si vous pouviez voyager de monde en monde, d'étoile en étoile, dans les gouffres de l'espace intergalactique, vous vous éloigneriez de la chaleur des étoiles pour les profondeurs vastes et froides du vide.

Mieux vaut prendre un pull, il va faire froid.

Mais, quel froid ? L'espace est-il froid ?

Contrairement à votre maison, votre voiture ou votre piscine, le vide de l'espace n'a pas de température.

Alors, à quel point l'espace est-il froid ? C'est une question absurde. Ce n'est que lorsque vous placez une chose dans l'espace, comme un rocher ou un astronaute, que vous pouvez mesurer la température.

N'oubliez pas qu'il existe trois modes de transfert de chaleur : la conduction, la convection et le rayonnement.

Chauffez un côté d'une barre de métal et l'autre côté deviendra chaud aussi, c'est la conduction. L'air circulant peut transférer la chaleur d'un côté de la pièce à un autre, c'est la convection. Mais dans le vide de l'espace, la seule façon dont la chaleur peut être transférée est le rayonnement.

Les photons d'énergie sont absorbés par un objet, le réchauffant. Dans le même temps, des photons rayonnent.

Si l'objet absorbe plus de photons qu'il n'en émet, il se réchauffe. Et s'il émet plus de photons qu'il n'en absorbe, il se refroidit.

Il existe un point théorique à partir duquel vous ne pouvez plus extraire d'énergie d'un objet, cette température minimale possible est le zéro absolu. Comme nous le verrons dans une seconde, vous ne pouvez jamais y arriver.

Regardons près de chez nous, en orbite autour de la planète, à la Station spatiale internationale.

Un morceau de métal nu dans l'espace, sous la lumière constante du soleil, peut atteindre deux cent soixante (260) degrés Celsius. C'est dangereux pour les astronautes qui doivent travailler à l'extérieur de la station.

S'ils doivent manipuler du métal nu, ils l'enveloppent dans des revêtements spéciaux ou des couvertures pour se protéger.

Et pourtant, à l'ombre, un objet va refroidir en dessous de -100 degrés Celsius.

Les astronautes peuvent éprouver de grandes différences de température entre le côté faisant face au soleil et le côté à l'ombre. Leurs combinaisons spatiales compensent cela en utilisant des appareils de chauffage et des systèmes de refroidissement.

Parlons un peu plus loin. Lorsque vous vous éloignez du Soleil, la température d'un objet dans l'espace chute.

La température de surface de Pluton peut descendre jusqu'à -240 degrés Celsius, à seulement 33 degrés au-dessus du zéro absolu.

Les nuages ​​de gaz et de poussière entre les étoiles de notre galaxie ne sont qu'à 10 à 20 degrés au-dessus du zéro absolu.

Et si vous voyagez loin de tout dans l'Univers, vous ne pouvez jamais descendre en dessous d'un minimum de seulement 2,7 Kelvin ou -270,45 Celsius.

C'est la température du rayonnement de fond cosmique micro-ondes, qui imprègne tout l'Univers.

Dans l'espace? Il fait aussi froid que possible.

Vous voulez plus de ressources ? Nous avons enregistré un épisode d'Astronomy Cast consacré à la température.


Astronomie QZ08

la radioactivité a créé des métaux dans le cœur à partir de la désintégration de l'uranium.

les métaux ont coulé au centre à une époque où l'intérieur était entièrement fondu.

différenciation de conduction accrétion

éruption de convection par conduction

accrétion différenciation radioactivité

est souvent frappé par des météores et des débris du système solaire.

a des températures internes élevées.

la circulation des cellules de convection dans le manteau qui a provoqué la compression du manteau et de la litosphère

impacts des astéroïdes et des planétésimaux

volcanisme qui a produit des volcans lourds qui ont plié et fissuré la lithosphère

l'usure de la formation de caractéristiques géologiques par le vent, l'eau et la glace et d'autres phénomènes météorologiques planétaires

la perturbation de la surface d'une planète par des contraintes internes

l'excavation de dépressions en forme de bol par des astéroïdes ou des comètes frappant la surface d'une planète


Quelle est la relation entre l'espace et les sciences de la Terre?

Les sciences de la Terre englobent quatre principaux domaines d'étude : la géologie, l'océanographie, la météorologie et l'astronomie. Chacune de ces zones influence la vie sur Terre de différentes manières. L'astronomie, parfois appelée science spatiale, est l'étude de choses en dehors de l'atmosphère terrestre, telles que d'autres planètes, étoiles, le soleil et la lune et d'autres systèmes solaires. Les sciences spatiales et terrestres sont liées de nombreuses manières, principalement en ce qui concerne la température planétaire et les marées océaniques. Les astéroïdes et autres débris spatiaux peuvent influencer davantage la vie sur Terre lorsqu'ils pénètrent dans l'atmosphère.

La vie sur Terre ne se produit pas dans le vide. La relation entre l'espace et les sciences de la terre est essentielle pour le soutien des animaux et de la végétation. Par exemple, les saisons sont déterminées en fonction de l'emplacement de la Terre le long de sa trajectoire orbitale autour du Soleil. De même, les jours et les nuits sont déterminés par la rotation de la Terre sur son axe. Sans la lumière et l'énergie du soleil, l'humanité n'aurait pas la capacité de cultiver, d'élever du bétail ou même de survivre dans certaines zones géographiques.

De même, les sciences de l'espace et de la Terre sont davantage liées car la lune influence les marées océaniques. Lorsque la Terre tourne, elle crée une force centrifuge qui entre directement en concurrence avec l'attraction gravitationnelle de la Lune. La marée haute et la marée basse sont déterminées par la position de la Terre dans sa rotation quotidienne, par rapport à l'attraction gravitationnelle de la Lune. Lorsqu'une zone de la Terre est directement alignée avec la Lune, l'attraction gravitationnelle de la Lune ou la force centrifuge de la Terre crée une marée haute, selon le côté de la planète qui fait face à la Lune. D'autres régions connaissent une marée basse pendant cette même période.

Les relations entre l'espace et les sciences de la Terre sont à nouveau observées lorsque des astéroïdes s'approchent de la Terre ou lorsque des météorites frappent la terre. Les scientifiques pensent qu'une grosse météorite était responsable de l'extinction d'une grande partie de la vie préhistorique, y compris les dinosaures. Beaucoup d'autres pensent que la probabilité qu'une autre grosse météorite frappe la Terre est élevée. Les questions concernant la taille possible d'un tel météore et ses effets sur la vie sur Terre sont nombreuses et englobent toute une sous-spécialité des sciences spatiales.

Les chercheurs et les scientifiques étudient généralement l'astronomie pour mieux comprendre les relations entre l'espace et les sciences de la Terre. En comprenant comment les corps célestes, les planètes, la gravité et d'autres forces influencent les climats régionaux, la météo, les marées océaniques et des aspects similaires de la vie sur Terre, les scientifiques peuvent prédire les changements et les événements majeurs qui affecteront l'humanité. Les astronomes, les géologues, les météorologues et les océanographes partagent généralement les informations apprises pour élargir davantage la compréhension de l'homme sur le fonctionnement de la Terre et son insertion dans l'Univers.


Quelle est la température de l'espace autour de la Terre ? - Astronomie

Est-ce qu'il fait froid dans l'espace ? Cette question ne manquera pas d'inciter les geeks parmi nous à répondre avec "2,7K". Pour 2,7 Kelvin, ou 2,7 degrés au-dessus du zéro absolu, est la température produite par le rayonnement de fond uniforme ou « rémanence » du Big Bang.

Mais accrochez-vous. De toute évidence, vous n'atteignez pas des températures aussi basses au moment où vous sortez de l'atmosphère terrestre. La chaleur s'écoule du Soleil pour réchauffer la Terre, et elle réchauffera également d'autres objets exposés à ses rayons. Prenez la Lune, qui n'a pratiquement pas d'atmosphère pour compliquer les choses. Du côté ensoleillé, la Lune est plus chaude que le Sahara – elle peut dépasser 120C (248F). Mais du côté obscur, il peut descendre à environ moins 170°C (-338°F).

Alors jusqu'où peut-il faire froid dans notre propre voisinage cosmique ? Ce n'est pas une question oiseuse. Si vous envisagez d'y envoyer des vaisseaux spatiaux, sans parler des gens, vous devez connaître la réponse. Vous devez également connaître la réponse si vous souhaitez effectuer des expériences de physique à basse température dans l'espace précisément parce que vous pensez qu'il fait si froid.

Bien sûr, vous pouvez faire des expériences de physique à basse température sur Terre si vous voulez, par exemple, étudier le comportement des particules au niveau atomique - le liquide de refroidissement à base d'hélium envoie des températures inférieures à 4K (-269C/-452F) en laboratoire, et certaines expériences sont venus à quelques milliardièmes de kelvin du zéro absolu. Mais certaines études prévues exigent également l'apesanteur. Vous pouvez l'obtenir sur Terre pendant une courte période lors de vols aériens en chute libre, mais pendant plus de quelques secondes, vous devez aller dans l'espace.

Une de ces expériences, appelée MAQRO, espère tester les caractéristiques fondamentales de la théorie quantique et peut-être rechercher des effets subtils dans une image quantique de la gravité - quelque chose que les physiciens ne peuvent jusqu'à présent voir que dans les termes les plus flous. Ainsi, les scientifiques à l'origine de MAQRO ont maintenant déterminé s'il sera effectivement possible d'avoir suffisamment froid, sur un vaisseau spatial transportant l'équipement, pour que les tests fonctionnent.

MAQRO a été proposé l'année dernière par Rainer Kaltenbaek et Markus Aspelmeyer de l'Université de Vienne, et leurs collaborateurs. L'expérience vise à étudier l'une des énigmes les plus profondes de la théorie quantique : comment ou pourquoi les règles qui régissent les particules fondamentales comme les électrons et les atomes, cèdent-elles la place à la physique « classique » du monde quotidien ? Pourquoi les particules quantiques se comportent-elles parfois comme des vagues alors que les ballons de football ne le font pas ?

Personne ne comprend parfaitement cette transition dite du quantique au classique. Mais l'une des explications préférées invoque une idée appelée décohérence, ce qui signifie qu'en effet le comportement quantique d'un système est brouillé et finalement effacé en raison des effets perturbateurs de l'environnement. Ces effets deviennent plus forts au fur et à mesure que le système contient de particules, car il y a alors plus d'options pour que l'environnement interfère. Pour les objets assez grands pour être vus, contenant d'innombrables milliards de milliards d'atomes, la décohérence se produit en un instant, éliminant les effets quantiques au profit du comportement classique.

Dans cette image, il devrait être possible de préserver la "quantité" dans n'importe quel système, quelle que soit sa taille, si vous pouviez l'isoler parfaitement de son environnement. En principe, même les ballons de football montreraient alors la dualité onde-particule et pourraient exister dans deux états, ou deux endroits, à la fois. Mais certaines théories, encore spéculatives et non testées, insistent sur le fait que quelque chose d'autre empêchera ce comportement étrange dans les grands objets massifs, peut-être à cause d'effets qui révéleraient quelque chose sur une théorie quantique de la gravité encore insaisissable.

Les enjeux pour MAQRO pourraient donc être importants. L'appareil expérimental lui-même ne serait pas trop exotique. Kaltenbaek et ses collègues proposent d'utiliser des faisceaux laser pour placer une « grosse » particule (environ un dixième de micromètre de diamètre) dans deux états quantiques à la fois, appelés superposition, puis de sonder avec les lasers comment la décohérence détruit cette superposition (ou non). ). L'appareil devrait être très froid car, comme pour la plupart des effets quantiques, la chaleur perturberait une superposition délicate. Et réaliser l'expérience en apesanteur sur un vaisseau spatial pourrait montrer si la gravité joue effectivement un rôle dans la transition quantique-classique. Mettre tout cela dans un vaisseau spatial serait à peu près aussi proche de l'isolement parfait de l'environnement qu'on peut l'imaginer.

Mais maintenant, Kaltenbaek et ses collègues, en collaboration avec des chercheurs de la principale société européenne de technologie spatiale Astrium Satellites à Friedrichshafen, en Allemagne, ont déterminé à quel point l'appareil pouvait vraiment faire froid. Ils imaginent coller un "banc" avec tous les composants expérimentaux à l'arrière d'un vaisseau spatial en forme de disque, avec le disque, et plusieurs autres couches d'isolation thermique, le protégeant du Soleil. Ainsi, alors que le corps principal du vaisseau spatial serait maintenu à environ 300K (27C/80F), ce que son équipement de fonctionnement exigerait, le banc pourrait être beaucoup plus froid.

Mais combien? Les chercheurs calculent qu'avec trois boucliers thermiques entre le disque principal du vaisseau spatial et le banc, il devrait être possible d'abaisser la température du banc lui-même à 27K (-246C/-411F). Une grande partie du réchauffement proviendrait des entretoises retenant le banc et les boucliers au disque principal.

Ce n'est pas vraiment assez froid pour que l'expérience MAQRO fonctionne bien. Mais la particule de test elle-même serait maintenue dans l'espace libre au-dessus du banc, et ce serait plus froid. À lui seul, il pourrait atteindre 8K (-265C/-445F), mais avec tous les autres composants expérimentaux qui l'entourent, tous rayonnant de chaleur, il atteint 16K (-257C/-430F). Selon eux, cela suffirait pour tester les taux de décohérence prévus pour toutes les grandes théories qui proposent actuellement que la masse intrinsèque (peut-être via la gravité) imposera la décohérence dans un grand objet. En d'autres termes, MAQRO doit être suffisamment froid pour détecter si ces modèles sont erronés.

L'expérience pourrait-elle faire la distinction entre des théories qui ne sont pas exclues ? C'est une autre affaire, qui reste à voir. Mais le simple fait de savoir que la taille compte en mécanique quantique serait une découverte majeure. La plus grande question, bien sûr, est de savoir si quelqu'un considérera MAQRO – une expérience bon marché comme le dit la science spatiale – qui vaut le coup.

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Lois sur les rayonnements

Pour comprendre, plus en détail quantitativement, la relation entre la température et le rayonnement électromagnétique, nous imaginons un objet idéalisé appelé un corps noir. Un tel objet (contrairement à votre pull ou à la tête de votre moniteur d'astronomie) ne réfléchit ni ne diffuse aucun rayonnement, mais absorbe toute l'énergie électromagnétique qui lui tombe dessus. L'énergie qui est absorbée fait vibrer ou se déplacer les atomes et les molécules qu'il contient à des vitesses croissantes. Au fur et à mesure qu'il fait plus chaud, cet objet émettra des ondes électromagnétiques jusqu'à ce que l'absorption et le rayonnement soient en équilibre. Nous voulons discuter d'un objet aussi idéalisé car, comme vous le verrez, les étoiles se comportent à peu près de la même manière.

Le rayonnement d'un corps noir a plusieurs caractéristiques, comme illustré sur la figure 3. Le graphique montre la puissance émise à chaque longueur d'onde par des objets de températures différentes. En science, le mot Puissance signifie l'énergie dégagée par seconde (et elle est généralement mesurée en watts, que vous connaissez probablement en achetant des ampoules).

Figure 3 : Lois de rayonnement illustrées. Ce graphique montre en unités arbitraires combien de photons sont émis à chaque longueur d'onde pour des objets à quatre températures différentes. Les longueurs d'onde correspondant à la lumière visible sont représentées par les bandes colorées. Notez qu'à des températures plus élevées, plus d'énergie (sous forme de photons) est émise à toutes les longueurs d'onde. Plus la température est élevée, plus la longueur d'onde à laquelle la quantité maximale d'énergie est rayonnée est courte (c'est ce qu'on appelle la loi de Wien).

Tout d'abord, notez que les courbes montrent qu'à chaque température, notre corps noir émet un rayonnement (photons) à toutes les longueurs d'onde (toutes les couleurs). En effet, dans tout gaz solide ou plus dense, certaines molécules ou atomes vibrent ou se déplacent entre les collisions plus lentement que la moyenne et certains se déplacent plus rapidement que la moyenne. Ainsi, lorsque nous regardons les ondes électromagnétiques émises, nous trouvons une large gamme, ou spectre, d'énergies et de longueurs d'onde. Plus d'énergie est émise à la vitesse moyenne de vibration ou de mouvement (la partie la plus élevée de chaque courbe), mais si nous avons un grand nombre d'atomes ou de molécules, une certaine énergie sera détectée à chaque longueur d'onde.

Deuxièmement, notez qu'un objet à une température plus élevée émet plus de puissance à toutes les longueurs d'onde qu'un objet plus froid. Dans un gaz chaud (les courbes les plus hautes (Figure 3), par exemple, les atomes ont plus de collisions et dégagent plus d'énergie. Dans le monde réel des étoiles, cela signifie que les étoiles plus chaudes dégagent plus d'énergie à chaque longueur d'onde que les étoiles plus froides. étoiles.

Troisièmement, le graphique nous montre que plus la température est élevée, plus la longueur d'onde à laquelle la puissance maximale est émise est courte. N'oubliez pas qu'une longueur d'onde plus courte signifie une fréquence et une énergie plus élevées. Il est donc logique que les objets chauds dégagent une plus grande fraction de leur énergie à des longueurs d'onde plus courtes (énergies plus élevées) que les objets froids. Vous avez peut-être observé des exemples de cette règle dans la vie de tous les jours. Lorsqu'un brûleur sur une cuisinière électrique est allumé, il n'émet que de la chaleur, qui est un rayonnement infrarouge, mais ne brille pas avec la lumière visible. Si le brûleur est réglé sur une température plus élevée, il commence à briller d'un rouge terne. À un réglage encore plus élevé, il brille d'un rouge orangé plus brillant (longueur d'onde plus courte). À des températures encore plus élevées, impossibles à atteindre avec des poêles ordinaires, le métal peut apparaître jaune brillant ou même bleu-blanc.

Nous pouvons utiliser ces idées pour proposer une sorte de « thermomètre » pour mesurer les températures des étoiles. Parce que de nombreuses étoiles dégagent la majeure partie de leur énergie dans la lumière visible, la couleur de la lumière qui domine l'apparence d'une étoile est un indicateur approximatif de sa température. Si une étoile est rouge et une autre bleue, laquelle a la température la plus élevée ? Parce que le bleu est la couleur la plus courte, c'est le signe d'une étoile plus chaude. (Notez que les températures que nous associons aux différentes couleurs en science ne sont pas les mêmes que celles utilisées par les artistes. Dans l'art, le rouge est souvent appelé une couleur "chaude" et le bleu une couleur "froide". voir rouge sur les commandes de robinet ou de climatisation pour indiquer les températures chaudes et bleu pour indiquer les températures froides. Bien que ce soient des utilisations courantes dans la vie quotidienne, dans la nature, c'est l'inverse.)

Nous pouvons développer un thermomètre stellaire plus précis en mesurant la quantité d'énergie qu'une étoile dégage à chaque longueur d'onde et en construisant des diagrammes comme la figure 3. L'emplacement du pic (ou du maximum) dans la courbe de puissance de chaque étoile peut nous indiquer sa température. La température moyenne à la surface du Soleil, où le rayonnement que nous voyons est émis, s'avère être de 5800 K. (Tout au long de ce texte, nous utilisons l'échelle de température kelvin ou absolue. Sur cette échelle, l'eau gèle à 273 K et bout à 373 K. Tout mouvement moléculaire cesse à 0 K. Les différentes échelles de température sont décrites dans Units Used in Science.) Il y a des étoiles plus froides que le Soleil et des étoiles plus chaudes que le Soleil.

La longueur d'onde à laquelle la puissance maximale est émise peut être calculée selon l'équation

où la longueur d'onde est en nanomètres (un milliardième de mètre) et la température est en K. Cette relation est appelée La loi de Vienne. Pour le Soleil, la longueur d'onde à laquelle l'énergie maximale est émise est de 520 nanomètres, ce qui est proche du milieu de cette partie du spectre électromagnétique appelée lumière visible. Les températures caractéristiques d'autres objets astronomiques et les longueurs d'onde auxquelles ils émettent la plus grande partie de leur puissance sont répertoriées dans le tableau 1.

Exemple 1 : Calcul de la température d'un corps noir

Nous pouvons utiliser la loi de Wien pour calculer la température d'une étoile à condition de connaître la longueur d'onde d'intensité maximale de son spectre. Si le rayonnement émis par une étoile naine rouge a une longueur d'onde de puissance maximale à 1200 nm, quelle est la température de cette étoile, en supposant qu'il s'agisse d'un corps noir ?


Voir la vidéo: Quelle est la température normale du corps? (Juillet 2021).