اگر خورشید زمین را گرم می‌کند، چرا فضا این قدر سرد است؟

به‌عنوان وب‌سایتی علمی احتمالا از ما انتظار می‌رود که همواره به پرسش‌های اساسی‌تر مثل احتمال وجود حیات در جهان‌های دیگر، ماده تاریک، اکتشافات تحول‌آفرین جیمز وب و سایر موارد مشابه بپردازیم. اما مردم گاهی اوقات درگیر پرسش‌های ساده‌تر هستند؛ مثل اینکه چرا نمی‌توان با آهنربا، خودرو را به پیش راند یا چرا خورشید با وجود گرمابخشی به زمین، فضا را گرم نمی‌کند.

فضای ماوراء جو زمین محیط سردی است. دمای آنجا به‌طور متوسط به منفی ۲۷۰٫۴۵ درجه سانتیگراد می‌رسد. درمقابل، خورشید واقعا بسیار داغ است. دمای هسته خورشید بیش از ۱۵۰ میلیون درجه سانتیگراد برآورد می‌شود، درحالی‌که دمای سطح آن یعنی فوتوسفر حدود ۵۵۰۰ درجه سانتیگراد و دمای تاج خورشید (اتمسفر بیرونی) ۳٫۵ میلیون درجه سانتیگراد است.

پس چرا فضا گرم نیست؟ خوب این تناقض احتمالا از‌آن‌جایی که ناشی می‌شود که مردم به خورشید به‌عنوان آتشی داغ فکر می‌کنند که زمین را مانند غذایی که نزدیک شعله قرار دارد، داغ می‌کند. اما سیاره‌ها به این شکل گرم نمی‌شوند.

گرمایی که روی زمین احساس می‌کنیم، انرژی گرمایی مستقیم خورشید نیست، بلکه نتیجه برهم‌کنش تابش‌های خورشیدی و ذرات روی زمین است.

گرما به شکل تابش در جهان حرکت می‌کند؛ موج فروسرخ انرژی که از اجسام گرم‌تر به اجسام سردتر حرکت می‌کند. امواج تابشی مولکول‌هایی را که با آن‌ها در تماس قرار می‌گیرند، برانگیخته می‌کنند و باعث گرم شدن آن‌ها می‌شوند. به این شکل گرما از خورشید به زمین می‌رسد، اما نکته مهم این است که تابش فقط مولکول‌ها و موادی را گرم می‌کند که مستقیما در مسیر آن قرار دارند. بقیه چیزها سرد باقی می‌ماند. سیاره عطارد را درنظر بگیرید که در طول روز دمای آن به خاطر تابش‌های خورشیدی می‌تواند به ۴۳۰ درجه سانتیگراد برسد، اما دمای شبانه آن تا منفی ۱۸۰ درجه سانتیگراد کاهش می‌یابد.

فضا خلاء و اساسا خالی است. مولکول‌های گاز در فضا بسیار کم و بسیار دور از هم هستند به‌طوری‌که نمی‌توانند مرتبا با هم برخورد کنند. بنابراین، حتی زمانی که خورشید آن‌ها را با امواج فروسرخ گرم می‌کند، انتقال آن گرما ازطریق رسانش ممکن نیست. علاوه‌بر‌این، همرفت (شکلی از انتقال گرما که در حضور گرانش اتفاق می‌افتد) در پراکنش گرما در سراسر زمین نقش دارد، اما در محیط گرانش صفر فضا اتفاق نمی‌افتد.

در محیط فضا ذرات کمتری برای تعامل با تابش‌های خورشید وجود دارد، بنابراین امکان گرم شدن ازطریق تابش‌های خورشیدی وجود ندارد. اگرچه این بدان معنا نیست که می‌توانید سفینه فضایی را نزدیک خورشید ببرید و انتظار داشته باشید دمای بسیار سردی را تجربه کند.

وقتی مواد را در مسیر تابش‌های خورشیدی قرار دهید، دمای آن‌ها افزایش پیدا می‌کند. برای مثال، در نزدیک‌ترین حالت، سپرهای خورشیدی کاوشگر خورشیدی پارکر ناسا با دمای ۱۴۰۰ درجه سانتیگراد مواجه خواهند شد. البته فضاپیما از ابزارهای علمی خود محافظت خواهد کرد و دمای آن‌ها تا این حد بالا نخواهد رفت.