سردترین مکان در منظومه شمسی: رازهای یخ‌زده فضا

فضا خیلی خیلی سرد است. دمای پایه فضای بیرونی ۲.۷ کلوین – منفی ۴۵۴.۸۱ درجه فارنهایت یا منفی ۲۷۰.۴۵ درجه سانتیگراد است – به این معنی که به سختی بالاتر از صفر مطلق است، نقطه ای که حرکت مولکولی در آن متوقف می شود.

اما این دما در سراسر منظومه شمسی ثابت نیست. فضای به اصطلاح «خالی» – اگرچه در واقع خالی نیست – برای مثال بسیار سردتر از سیارات، قمرها یا سیارک ها است، زیرا (عملا) چیزی برای جذب انرژی خورشیدی وجود ندارد.

بنابراین، بدون در نظر گرفتن فضای معمولی ‘خالی’، سردترین مکان در منظومه شمسی کدام است؟ و چگونه با دمای زمین مقایسه می شود؟

اندازه گیری فضا

ابتدا، اجازه دهید لحظه ای را در نظر بگیریم که دقیقاً چگونه دمای کیهان اندازه گیری می شود.

ایان کرافورد، استاد علوم سیاره‌ای و اختر زیست‌شناسی در بیرکبک، دانشگاه لندن در بریتانیا، بیان می کند: «دما را می‌توان با مشاهده شدت تشعشعات مادون قرمز و مایکروویو ساطع شده از سطوح اندازه‌گیری کرد.» در غیاب چنین اندازه‌گیری‌هایی، می‌توان دماها را بر اساس میزان نور خورشیدی که دریافت می‌کنند تخمین زد.»

با این حال، اندازه گیری کیهانی همیشه ساده نیست. به گفته دان پولاکو، استاد نجوم در دانشگاه وارویک در بریتانیا، ‘هیچ چیز در نجوم ساده نیست، عمدتاً به این دلیل که شما همیشه در حال مشاهده هستید، برخلاف تعامل.’

بنابراین، اگرچه راه‌های دقیقی برای اندازه‌گیری دما در فضا وجود دارد، اما همیشه جایی برای اصلاح وجود خواهد داشت. پولاکو گفت: ‘دما تخمین زده می شود.’ اعدادی که شما محاسبه می کنید بستگی به این دارد که فرضیات شما چقدر خوب است و مدل فیزیکی که استفاده می کنید چقدر دقیق است.

بنابراین، با در نظر گرفتن این نکات، حداقل بر اساس داده های فعلی، سردترین مکان در منظومه شمسی کدام است؟ شاید پلوتو با توجه به فاصله اش از خورشید؟

در واقع، سردترین مکان ممکن است بسیار نزدیکتر به خانه باشد.

به سوی ماه: کشف زیبایی‌های آسمان

در سال ۲۰۰۹، مدارگرد شناسایی ماه، یک فضاپیمای روباتیک ناسا که برای کمک به دانشمندان در درک بهتر شرایط روی ماه طراحی شده بود، داده‌هایی را ارائه کرد که نشان می‌داد «حفره‌های سایه‌دار» در قطب جنوبی ماه می‌توانند سردترین مکان در منظومه شمسی باشند.

این نظریه بعداً توسط دانشجوی فارغ التحصیل پاتریک اوبراین و مشاورش شین برن، محققان سیاره‌ای در دانشگاه آریزونا، تقویت شد. اوبراین و برن در طی یک سخنرانی در کنفرانس علوم قمری و سیاره‌ای ۲۰۲۲ پیشنهاد کردند که دهانه‌های ماه با سایه‌های دوگانه می‌توانند در واقع «سردترین مکان‌ها در منظومه شمسی» باشند.

به گفته اوبراین و بایرن، اگر دهانه‌ای که نه تنها از نور مستقیم خورشیدی، بلکه از منابع گرمایش ثانویه نیز محافظت می‌شود، مانند «تابش خورشیدی که از نواحی روشن‌شده مجاور منعکس می‌شود و همچنین تشعشعات حرارتی» محافظت می‌شود، می‌توان آن را مضاعف در سایه دید. از آن سطوح گرم ساطع می شود.’

پولاکو افزود که دهانه‌های ‘دو سایه’ ‘دارای لبه‌های آنقدر بلند هستند که نور خورشید هرگز به کف دهانه نمی‌رسد’ و به همین دلیل است که آنها بسیار سرد هستند.

تحقیقات O’Brien و Byrne نشان می دهد که با توجه به اینکه این ‘مناطق دائماً سایه دار’ برای میلیاردها سال از نور خورشید محافظت شده اند، دهانه های آنها می توانند حاوی ‘تله های میکرو سرد’ باشند که حاوی ‘نه تنها یخ آب، بلکه موارد بیشتری نیز هستند.’ ترکیبات و عناصر فرار مانند دی اکسید کربن، مونوکسید کربن، دی نیتروژن و آرگون.

به گفته اوبراین و بایرن، تخمین زده می شود که دمای این دهانه ها در حدود ۲۵ کلوین (منهای ۴۱۴.۶۷ فارنهایت یا منفی ۲۴۸.۱۵ درجه سانتیگراد) باشد، اما ممکن است سردتر باشند.

کرافورد به صحت تحقیق اطمینان دارد. او گفت: مطمئنم که اینها سردترین دماها در منظومه شمسی داخلی [از عطارد تا مریخ] و همچنین سردتر از میانگین دمای سطح تخمینی پلوتو هستند.

به گفته ناسا، میانگین دمای سطح پلوتو برای زمینه، ۴۰.۴ کلوین است که منفی ۳۸۶.۹۵ فارنهایت یا منفی ۲۳۲.۷۵ درجه سانتیگراد است.

کرافورد گفت، با این حال، این دهانه‌های ماه با سایه مضاعف ممکن است به سردی ابر اورت، پوسته زباله‌های فضایی یخی که بسیار فراتر از مدار نپتون قرار دارد، نباشند. او متذکر شد که تمایز بستگی به این دارد که آیا ابر اورت را در بحث منظومه شمسی لحاظ کنیم یا خیر.

ناسا ابر اورت را ‘دورترین منطقه منظومه شمسی ما‘ و همچنین ‘فراتر از’ منظومه شمسی در نظر می گیرد. این عدم وضوح به این معنی است که گاهی اوقات به عنوان بخشی از منظومه شمسی در نظر گرفته می شود و در برخی دیگر به عنوان مرز بین منظومه شمسی و فضای بین ستاره ای تعریف می شود. بر اساس گزارش ThePlanets.org، ابر اورت تنها به عنوان ‘به صورت ضعیف به منظومه شمسی متصل است.’

طبق گفته دانشگاه نورث وسترن در ایلینوی، دمای ابر اورت می‌تواند به سردی ۵ کلوین (منهای ۴۵۰.۶۷ فارنهایت یا منفی ۲۶۸.۱۵ درجه سانتیگراد) برسد که بسیار سردتر از هر دمایی است که در ماه ما یافت می‌شود.

با این حال، اگر ابر اورت را در نظر نگیریم، احتمالاً سردترین مکان در منظومه شمسی در نزدیکترین همسایه آسمانی ما یافت می شود.

مقایسه زمین

روی زمین، حتی سردترین و تنبیه‌کننده‌ترین دمای قطب جنوب بسیار گرمتر از دهانه‌های ماه یا ابر اورت است. بر اساس آرشیو جهانی آب و هوا و اقلیم شدید سازمان جهانی هواشناسی، سردترین دمای زمینی که تا کنون ثبت شده است – که در ۲۱ ژوئیه ۱۹۸۳ در ایستگاه تحقیقاتی وستوک روسیه در قطب جنوب ثبت شده است – منفی ۱۲۸.۶ فارنهایت (منهای ۸۹.۲ درجه سانتیگراد) بوده است.

با این حال، دانشمندان به طور مصنوعی دمایی ایجاد کرده اند که کمتر از دمایی است که به طور طبیعی در زمین، در دهانه های ماه یا حتی در ابر اورت وجود دارد. سال گذشته، تیمی از محققان آلمانی رکورد سردترین دمای آزمایشگاهی را شکستند: سرمای منفی ۴۵۹.۶۷ فارنهایت (منهای ۲۷۳.۱۵ درجه سانتیگراد)، که آنها با ‘پرتاب گاز مغناطیسی به عمق ۳۹۳ فوت (۱۲۰ متر) از یک برج به آن دست یافتند.’

اما وقتی صحبت از دماهایی می شود که به طور طبیعی اتفاق می افتند، به نظر می رسد تاریک ترین و سایه دارترین فرورفتگی های ماه ما دارای کمترین درجه حرارت در منظومه شمسی باشد – البته بسته به اینکه چگونه ابر اورت را طبقه بندی می کنید.