诚倍蓝超科技入秋后凉意袭来你知道宇宙中最低温度是多少吗

用户投稿 2025年06月22日 05:14:03 21 0

入秋后凉意袭来你知道宇宙中最低温度是多少吗

半人马座旋镖星云NASA

初入九月，部分地区已经开始逐渐变凉。地球上的温度变化万千，宇宙中不同天体的温度又如何？

就人们的直观感受而言，温度就是物体的冷热程度。从微观层面看，物质都是由分子或原子组成，这些分子永不停息地做着无规则运动。虽然我们看不见分子的运动，但用手触摸时能感受到物体的冷热，其实就是分子热运动剧烈程度的体现——分子平均热运动动能大的温度就高，反之温度就低。

日常生活中，人们发明了各式各样的温度计来测量温度。而对遥远的宇宙天体，我们怎么知道它的温度呢？

不同颜色代表不同温度

不同波长的光呈现出不同的颜色，蓝光的波长较短，红光的波长较长。早在战国时期，《考工记》就记载着“黄白之气竭，青白次之；青白之气竭，青气次之，然后可铸也”，即随着温度的升高，火焰会呈现出不同的颜色，到“炉火纯青”的时候温度最高。

恒星的发光机制和炉火不同，但颜色与温度之间也存在着相关性。温度越低的恒星，颜色越偏红，例如红矮星表面只有两三千摄氏度，比邻星就是如此；温度越高的恒星，颜色越偏蓝，例如蓝超巨星的表面可达数万摄氏度。

通过光谱测量，天文学家能够知道恒星在不同波长上辐射的光线强度，并且按波长画出辐射强度的分布曲线。一般来说，曲线的峰值波长（也就是辐射强度最大处的波长）决定了恒星的颜色。例如，太阳辐射的波峰在555纳米，为黄色。不同温度的恒星具有不同的峰值波长和分布曲线，从热辐射规律就能推算出它的表面温度，我们称之为有效温度。天体中还存在非热辐射过程，例如星系团内热气体的热韧致辐射，它们的温度可以用其他方法获得。

恒星中心的温度要比表面高得多，是宇宙中最热的地方之一。我们地球内部的温度大约为6200开尔文（以下简称开），比太阳表面温度（5800开）略高一点，但是太阳内部的温度高达1500万开。质量最大、燃烧最快的恒星，核心温度可达2亿开以上。可与之相比的，是星系团中在各个星系之间弥漫着的热气体。它们往往具有几千万甚至上亿开的高温，产生如此高温的原因可能是被星系中心超大质量黑洞的喷流和星系风等加热。

除此之外，当天体爆发和碰撞时，也可以达到更高的瞬时温度。例如大质量恒星死亡时爆发成为超新星，中心和膨胀壳层的温度可达到数百亿开。中子星碰撞的瞬间，外层温度更可高至几千亿开！宇宙中最重的元素，例如金、锶、铀等，就是在这些极高温过程中产生的。

人类创造的最高温度，是2012年欧洲的大型强子对撞机撞出的5万亿开超高温。虽然只有一瞬间，但已经非常惊人了。今年4月，我国的“人造太阳”——“东方超环”首次实现1亿摄氏度运行近10秒。

地球5000光年外温度接近绝对零度

宇宙中的温度最高能达到多少呢？按照现有理论，宇宙中的最高温度被称为普朗克温度：超过1032开，即1亿亿亿亿开。它是最重的微观粒子以光速运动时所表现出来的温度，是正常物理过程不可能达到的温度上限，或许只存在于宇宙大爆炸的那一瞬间。

理论上最低的温度是绝对零度，也就是0开尔文，即零下273.15摄氏度。当分子的热运动不断减弱时，物体温度就会不断降低，分子完全静止不动时，温度就达到了最低，被称为绝对零度。不过根据量子力学的不确定性原理，分子的运动不可能完全静止下来，所以绝对零度实际上是不可能实现的。在实验室里，物理学家通过激光冷却和磁冷却手段，可以将稀薄的原子气体冷却到绝对零度以上约十亿分之一开。2018年国际空间站上的冷原子实验室甚至将冷原子降温到了百亿分之一开！此时原子移动非常缓慢，可以用来研究超冷原子的特异量子特性。

宇宙中已知的最低温地区，是距离我们5000光年的半人马座旋镖星云（Boomerang nebula）中心附近，那里的温度仅为1开左右。这可能是因为其存在一颗伴星，使得它外层物质的抛射速度达到了正常值的10倍，将温度降至极值。当然这一低温只是暂时的，它最终将升至和宇宙微波背景辐射等温。

有很多文章都提到，太空中每立方厘米最多只有几个粒子，基本上就是真空，在这里温度这一概念也就失去了意义。那么假如我们把一个理想的温度计放入太空，读数会是多少呢？没人做过这个实验，所以还没有确切答案。不过我们可以根据已知的事实和规律做个推断。

在恒星之间广袤的星际空间里，遍布着稀薄的星际气体和尘埃。它们的数密度极低，像地球体积这么大的范围内，所有的星际介质拢在一起还不如一个骰子大。所以几乎不会有星际介质微粒和温度计发生碰撞并传递能量，温度计永远也测不出这些粒子的温度。但是温度计自身也是由大量微观粒子组成的，也会辐射电磁波并损失热量。它的温度会慢慢降低，直到最后和宇宙微波背景辐射达到平衡，定格在2.73开。宇宙微波背景，是宇宙大爆炸早期诞生的高能光子，随着宇宙的膨胀和冷却，这些光子现在已经被拉长到了微波波段（波长在0.3—75厘米之间），成为遍布整个宇宙的“背景辐射”。和测量恒星的表面温度类似，人们测出了背景辐射的光谱分布曲线，求得它的温度为2.73开。

宇宙微波背景辐射无处不在，在远离恒星等热源的宇宙空间中，它的温度可以视作空间本身的温度。空间中的其他粒子，例如星系团内的热气体等，可以具有极高的运动速度，以温度衡量其能量的话，可以高达上亿开。可见同一片空间中，极低温与极高温是同时共存的，可谓名副其实的“冰火两重天”。当然我们需要从微观粒子能量的角度来看待这里所谓的温度，也不会像触摸宏观物体一样感受到它们的冷和热。如果把一个小铁块放到这样的空间中，它并不会被融化乃至气化。实际上基本没有粒子会撞上铁块，它只会缓慢地通过热辐射降温至2.73开，那些稀薄的高温气体对它毫无影响。

7200光年外：一个比太阳大21倍的黑洞，竟以95%光速自转

2021年2月19日，一项新的研究表明，人类确认的第一个黑洞：天鹅座X-1，其质量比之前大了50％，距离，也比之前更加遥远 。并且新的测算结果还表明：它的自转速度，还达到了惊人的近光速！

天鹅座x-1，黑洞和它的伴星

天鹅座x—1黑洞，是我们人类确认的第一个黑洞！ 它的发现，最早可追至1964年。

在1964年呢，位于新墨西哥州的白沙导弹基地，发射了一枚亚轨道火箭。在这个火箭之上搭载了一个被称为盖革计数器的装置，这个装置可以检测来自地球之外的X射线辐射，X射线是仅次于伽马射线的一种高能电磁辐射，它的形成往往需要很高的能量爆发。

所以检测到地球之外的X射线源，说明它可能是一个高能天体或者一次高能爆发事件。在这次探测中，计数器总计探测到了8个X射线源，而其中一个是位于天鹅座方位，于是它就被命名为了天鹅座X1。这个就是天鹅座X1的第一次发现，而怀疑它可能是一个黑洞呢，是从1971年开始！

天鹅座方位的X射线源

在1971年，当人们在探测到天鹅座的X射线源之后，便对它的光源对应体进行了确认！但确认时却发现，天鹅座X1的光源对应体是一个发光的蓝色O型恒星，这是一个质量比太阳大约20倍的蓝超巨星，其编号为HD226868

恒星 HD226868

可问题是，这样的恒星其能量还不足以产生如此强烈的X射线。所以研究人员对这个X射线源充满了疑惑，而之后的一项观测更是让天文学家感到了吃惊。

同年，当研究人员分析这个恒星的光谱时发现，它的光谱存在多普勒效应 ，也就是说，这个恒星在摆动，而造成摆动现象的解释则是，它可能存在伴星！伴星和这个恒星组成了一个双星系统，双星系统的存在使得它们绕共同的质点公转 ，公转周期是5.6天，它们彼此非常靠近。

双星系统

但奇怪的是，我们却看不见这个伴星，根据公转轨道的参数，研究人员估算出了这个伴星的质量，其质量大约是在2.7倍到10倍太阳之间，再结合测量的X射线释放的范围，研究人员进一步确认了它的体积，它的体积很小，不会超过太阳，所以种种的迹象表明，这个伴星是一个致密的天体，中子星或者黑洞。 在1974年时，霍金和基普索恩，曾经就为天鹅座x1到底是一个黑洞还是中子星进行了一场较量，而这场较量最终是在1990年得出了结果。

霍金和吉普索恩的赌注签字

1990年，在取得大量的观测数据之后，天文学家最终确定，这个致密天体的质量，已超过奥本海默极限，这说明，天鹅座x1，是一个黑洞和蓝超巨星组成的双星系统 ，而并非中子星。黑洞和蓝超巨星彼此相距0.2个天文单位，这个距离只有太阳和地球距离的五分之一，所以在如此近的距离之下，蓝超巨星的物质则不断地被黑洞吞噬，形成了一圈环绕黑洞的吸积盘，也正是因为吸积盘的存在才使得其释放了强烈的X射线，从而被我们人类探测到。这个，就是天鹅座x1黑洞的确认。