宇宙中最冷的地方是哪裡？有多冷呢？

來自專欄博科園9 人贊了文章

宇宙中最冷的地方是哪裡？有多冷？相信大家都知道絕對零度，有多冷就得用絕對零度來與之相比較。更確切地說，這一榮譽可能會被授予兩個地點中的一個：太空中的星雲或麻省理工學院的實驗室。不管怎樣，最好穿上外套，因為這些地方真的，真的，真的，非常冷（當然不是穿上外套就能解決的）。Boomerang星雲是一種由塵埃和電離氣體組成的星際混合物，它的溫度降至零下458華氏度(零下272攝氏度)，或僅比絕對零度高1攝氏度，這是由2013年在智利使用Atacama大毫米-亞毫米陣列(ALMA)的天文學家測量。

博科園-科學科普：這個年輕的行星狀星雲位於5000光年之外，它有一個病態的創造者：一個垂死的恆星在它中心。隨著時間推移，在質量較低一端的恆星（大約是太陽質量的8倍或更少）變成了所謂的「紅巨星」。這類恆星生命周期是這樣的：當恆星在其核心中燃燒氫，並將其聚變為氦時，它的光度實際上會增加。這是因為恆星不能產生足夠的熱量來維持自身重量，所以剩餘的氫開始被壓縮在核心外層中。這種壓縮產生了更多的能量，但結果是，當外層的氣體膨脹時，恆星就會膨脹。所以，儘管這顆恆星更亮，它的氣體更冷，而且這顆恆星看起來更紅。當太陽變成紅巨星是，其表面將延伸到地球當前的軌道。

在這張由哈勃太空望遠鏡搭載的照相機拍攝照片中，Boomerang星雲的色彩十分絢麗。圖片：NASA, ESA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

最終，這個巨星完全通過氫燃燒，更多巨大紅巨星將開始將氦聚變成更重的元素，但這個過程也有局限性，這就是恆星的中心層坍塌的時候。這時，這顆恆星變成了一顆白矮星，這顆白矮星基本上是被燒毀的、超緻密的恆星核心。當坍縮發生時，恆星的外層被拋在後面，因為紅巨星是如此巨大，以至於它對外層的控制是如此脆弱。白矮星發出的光照亮了氣體，而地球看到結果是一個華麗的行星狀星雲。(這個名字是一個用詞不當的詞，可以追溯到18世紀的第一次目擊事件，但它一直存在。)這種氣體迅速膨脹，以363600英里每小時(585,000公里每小時)的速度向外擴散。這就是為什麼這個星雲如此寒冷——甚至比大爆炸留下的宇宙背景輻射還要冷(大約是零下454.7華氏度，或2.76K)。

當氣體膨脹時變冷，這是因為膨脹會導致壓力下降，而壓力的降低會減慢氣體分子的速度。溫度基本上是分子運動速度的量度。分子越快，氣體就越熱。當使用空氣罐清潔電腦時，可以觀察到同樣的現象：當噴洒時，空氣罐變得更冷，因為裡面氣體的壓力正在迅速減少。一些能使氣體膨脹的能量來自於氣溶膠罐中的熱能。由於飛鏢星雲中的氣體被中央恆星以如此之快的速度甩出，大量的熱能在一眨眼時間裡就消失了。位於加州帕薩迪納的美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)的Raghvendra Sahai認為Boomerang星雲比其他膨脹的星雲還要冷，因為它的質量比那些垂死的恆星快100倍，比太陽射出的質量快1000億倍。

那麼地球上最冷之處呢？

麻省理工學院研究人員冷凍了一種含有鈉鉀0.0000005 k的氣體（小的球體是鈉原子，大的球體是鉀原子）。圖片：Jose-Luis Olivares/MIT

麻省理工學院的學生們會很高興地知道，他們的學校（到目前為止）是最冷的。2015年一組物理學家把原子冷卻到有史以來最低溫度：0.0000005 k。這比Boomerang星雲要冷得多，但這只是因為科學家們用激光冷卻了鈉和鉀的單個原子。許多科學家團隊繼續致力於使氣體變得更冷。噴氣推進實驗室擁有的「冷原子實驗室」，該實驗室於2018年向國際空間站發射，並可能很快產生宇宙中已知最冷的物體，編者按2018年8月1日包括來自冷原子實驗室的最新結果。

博科園-科學科普｜文：Jesse Emspak/Live Science

博科園-傳遞宇宙科學之美

推薦閱讀：