À quel point l’espace est-il froid ? La physique derrière la température de l’univers
Bien que les films de science-fiction voudraient nous faire croire que l’espace est incroyablement froid, voire glacial, l’espace lui-même n’est pas exactement froid. En fait, il n’a pas de température du tout.
La température est une mesure de la vitesse à laquelle les particules se déplacent, et la chaleur est la quantité d’énergie que possèdent les particules d’un objet. Ainsi, dans un espace de région vraiment vide, il n’y aurait pas de particules ni de rayonnement, ce qui signifie qu’il n’y a pas non plus de température.
Bien sûr, l’espace est plein de particules et de radiations pour produire de la chaleur et une température. Alors, à quel point l’espace est-il froid, y a-t-il une région qui soit vraiment vide, et y a-t-il un endroit où la température chute au zéro absolu ?
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Comment les étoiles réchauffent l’espace
Les régions les plus chaudes de l’espace se trouvent immédiatement autour des étoiles, qui contiennent toutes les conditions pour démarrer la fusion nucléaire.
Les choses se réchauffent vraiment lorsque le rayonnement d’une étoile atteint un point dans l’espace avec beaucoup de particules. Cela donne le rayonnement des étoiles comme le Soleil quelque chose sur quoi agir réellement.
C’est pourquoi Terre est beaucoup plus chaud que la région entre notre planète et son étoile. La chaleur provient des particules de notre atmosphère qui vibrent avec l’énergie solaire puis se heurtent les unes aux autres en distribuant cette énergie.
Cependant, la proximité de notre étoile et la possession de particules ne garantissent pas la chaleur. Mercure – le plus proche du soleil – est extrêmement chaud pendant la journée et glacial la nuit. Ses températures chutent à un minimum de 95 Kelvins (-288 ⁰Fahrenheit/-178 ⁰Celsius).
Les températures chutent à -371 ⁰F (-224 ⁰C) Uranusce qui la rend encore plus froide que sur la planète la plus éloignée du soleil, Neptunequi a une température de surface encore incroyablement froide de -353 ⁰F (-214 ⁰C ).
Ceci est le résultat d’une collision avec un objet de la taille de la Terre au début de son existence, ce qui a amené Uranus à orbiter autour du soleil sur une inclinaison extrême, la rendant incapable de s’accrocher à sa chaleur intérieure.
Loin des étoiles, les particules sont tellement dispersées que le transfert de chaleur via autre chose que le rayonnement est impossible, ce qui signifie que les températures chutent radicalement. Cette région s’appelle le milieu interstellaire.
Les nuages de gaz moléculaires les plus froids et les plus denses du milieu interstellaire peuvent avoir des températures de 10 K (-505 ⁰F/-263 ⁰C ou ) tandis que les nuages moins denses peuvent avoir des températures aussi élevées que 100 K (-279 ⁰F/-173 ⁰C).
Qu’est-ce que le rayonnement de fond cosmique ?
L’univers est si vaste et rempli d’une telle multitude d’objets, certains d’une chaleur torride, d’autres d’un froid inimaginable, qu’il devrait être impossible de donner à l’espace une seule température.
Pourtant, il y a quelque chose qui imprègne l’intégralité de notre univers avec une température uniforme à 1 pour 100 000. En fait, la différence est si insignifiante que le changement entre un point chaud et un point froid n’est que de 0,000018 K.
C’est ce qu’on appelle le fond diffus cosmologique (CMB) et il a une température uniforme de 2,7 K (-45⁰F/-270⁰C). Comme 0 K est le zéro absolu, il s’agit d’une température à seulement 2,725 degrés au-dessus du zéro absolu.
Le CMB est un vestige d’un événement qui s’est produit juste 400 000 après que le Big Bang a appelé la dernière dispersion. C’est à ce moment que l’univers a cessé d’être opaque après que les électrons se sont liés aux protons formant des atomes d’hydrogène, ce qui a empêché les électrons de diffuser sans cesse la lumière et a permis aux photons de se déplacer librement.
En tant que telle, cette relique fossile « figée » dans l’univers représente le dernier point où la matière et les photons ont été alignés en termes de température.
Les photons qui composent le CMB n’ont pas toujours été aussi froids, prenant environ 13,8 milliards d’années pour nous atteindre, l’expansion de l’Univers a décalé vers le rouge ces photons vers des niveaux d’énergie inférieurs.
Originaire de l’époque où l’univers était beaucoup plus dense et plus chaud qu’il ne l’est maintenant, la température de départ du rayonnement qui compose le CMB est estimée à environ 3 000 K (5 000 ° F/2 726⁰C).
Alors que l’univers continue de s’étendre, cela signifie que l’espace est plus froid maintenant qu’il ne l’a jamais été et qu’il se refroidit.
Que se passerait-il si vous étiez exposé à l’espace ?
Si un astronaute devait dériver seul dans espace alors l’exposition au quasi-vide de l’espace ne pouvait pas geler un astronaute comme souvent décrit dans la science-fiction.
Il existe trois façons de transférer la chaleur : la conduction, qui se produit par le toucher, la convection qui se produit lorsque les fluides transfèrent de la chaleur et le rayonnement qui se produit par rayonnement.
La conduction et la convection ne peuvent pas se produire dans l’espace vide en raison du manque de matière et le transfert de chaleur se produit lentement par des processus radiatifs seuls. Cela signifie que la chaleur ne se transfère pas rapidement dans l’espace.
Comme la congélation nécessite un transfert de chaleur, un astronaute exposé – perdant de la chaleur uniquement par des processus radiatifs – mourrait de décompression en raison du manque d’atmosphère beaucoup plus rapidement qu’il ne gèlerait à mort.
Ressources additionnelles
Pour plus d’informations sur les propriétés de l’espace, consultez « L’astrophysique pour les gens pressés (s’ouvre dans un nouvel onglet) » par Neil deGrasse Tyson et « Origines de l’univers : le fond cosmique des micro-ondes et la recherche de la gravité quantique (s’ouvre dans un nouvel onglet) » de Keith Cooper.
Bibliographie
- Université de Harvard, « Le corps humain dans l’espace : distinguer les faits de la fiction (s’ouvre dans un nouvel onglet)« , Juillet 2013.
- NASA, « Fluctuations du fond diffus cosmologique (s’ouvre dans un nouvel onglet)« , consulté en juillet 2022.
- NASA, « Fond cosmique de micro-ondes (s’ouvre dans un nouvel onglet)« , juillet 2022.
- NASA, « Eta Carinae (s’ouvre dans un nouvel onglet)« , septembre 2020
- Paul Sutter, « Vous ne mourrez pas de froid dans l’espace (s’ouvre dans un nouvel onglet)« , Forbes, avril 2019.