Universum är en kall plats med en snittemperatur på -270,45 grader Celsius, eller 2,7 Kelvin. Kylan definieras av den kosmiska mikrovågsbakgrunden som fyller tomrummet. Det är (skrämmande nära) den absoluta nollpunkten på -273,15 grader, gränsen där molekyler slutar röra sig.
Den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen
Arno Penzias och Robert Wilson snubblade över denna bakgrundsstrålning 1964 och insåg att det var ett eko från Big Bang. Under miljarder år har expansionen kylt ner strålningen till dagens 2,725 Kelvin. Det sätter golvet för hur kallt ett objekt utan egen värmekälla kan bli naturligt.
Satelliter som Planck och WMAP har kartlagt strålningen med enorm precision. De hittade variationer på bara miljondels grader som visar densitetsskillnader i det tidiga universum. Utan dessa minimala fluktuationer (vilket är fascinerande) hade gasmoln aldrig kunnat klumpa ihop sig till galaxer och stjärnor.
Temperaturvariationer i olika delar av rymden
Boomerangnebulosan i Kentauren, 5 000 ljusår bort, tar priset som universums kallaste naturliga plats. Här har expanderande gaser pressat ner tempen till 1 Kelvin (-272 grader Celsius), alltså kallare än själva bakgrundsstrålningen. Fenomenet är sällsynt då det krävs att gas expanderar extremt fort för att kyla omgivningen.
Här hemma i solsystemet hänger allt på avståndet till solen. Månens mörka polarkratrar håller -248 grader Celsius, vilket faktiskt är kallare än Plutos yta på -233 grader. Ute i Oortmolnet bortom Neptunus sjunker temperaturen ända ner till 5 Kelvin eller -268 grader Celsius.
På jorden är köldrekordet -89,2 grader vid Vostok-stationen på Antarktis. Det är milt jämfört med Sedna, ett objekt bortom Neptunus som håller -240 grader.Solen är raka motsatsen, där koronan bränner på i över en miljon grader mitt i rymdens kyla.
Värmeöverföring i rymdens vakuum
Eftersom vakuum saknar partiklar fungerar varken konduktion eller konvektion. Objekt måste förlita sig på termisk strålning för att bli av med energi, en ganska långsam process. Utan atmosfär som jämnar ut värmen blir kontrasten mellan sol och skugga brutal.
ISS får utstå +120 grader i solen och -160 grader i skuggan. För att klara detta pumpar man runt ammoniak som flyttar överskottsvärmen till stora radiatorer. Ibland roterar farkoster långsamt, en så kallad ”barbecue roll”, för att jämna ut värmebelastningen.
Utmaningar för människor och teknik i rymdens kyla
Rymddräkter har lager av aluminiserad mylar för att skydda astronauterna mot de extrema svängningarna. Utan isoleringen skulle kroppsvärmen försvinna ut i vakuumet eller solen koka blodet. Inuti dräkten finns vätskekylda underställ med slangar som håller temperaturen rätt när jobbet blir svettigt.
Tekniken måste byggas av material som inte spricker när kylan närmar sig absoluta nollpunkten. Sonder som Voyager långt ute i systemet använder radioisotopgeneratorer (RTG) för att hålla värmen. Det radioaktiva sönderfallet håller instrumenten vid liv där solljuset är för svagt för solceller.
Vi har faktiskt skapat lägre temperaturer här på jorden än vad som finns naturligt i rymden. Forskare har i labb lyckats kyla atomer till 38 picokelvin, bara en hårsmån från absoluta nollpunkten. Det slår naturens egen kyla och gör det möjligt att studera kvantfenomen som annars aldrig skulle uppstå.
