Warum ist das Weltall trotz Sonne kalt?

Die Frage mag einfach klingen, aber sie hat eine komplexe Antwort.

Weltraum und die Sonne
Warum ist das Weltall trotz Sonne kalt?

Die Sonne ist etwa 150 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, aber wir können ihre Wärme jeden Tag spüren. Es ist erstaunlich, wie ein weit entferntes, brennendes Objekt seine Wärme über eine so große Distanz abgeben kann.

Wir sprechen hier nicht von Temperaturen, die seine Anwesenheit kaum registrieren. Im Jahr 2019 erreichte die Temperatur in Kuwait bei direkter Sonneneinstrahlung 63 °C. Wenn Sie längere Zeit bei solchen Temperaturen stehen, riskieren Sie, an einem Hitzeschlag zu sterben.

Was aber am meisten rätselt, ist, dass der Weltraum selbst dann kalt bleibt, wenn die Erde Millionen von Kilometern entfernt glüht. Warum also ist der Weltraum so kalt, wenn die Sonne so heiß ist?

Um dieses rätselhafte Phänomen zu verstehen, ist es zunächst wichtig, den Unterschied zwischen den beiden Begriffen zu erkennen, die oft synonym verwendet werden: Wärme und Temperatur.

Die Rolle von Wärme und Temperatur

Vereinfacht ausgedrückt, ist Wärme die in einem Objekt gespeicherte Energie, während die Wärme oder Kälte dieses Objekts durch die Temperatur gemessen wird. Wenn also Wärme auf ein Objekt übertragen wird, steigt seine Temperatur. Wird dem Objekt die Wärme entzogen, sinkt der Temperaturwert.

Diese Wärmeübertragung kann auf drei Arten erfolgen: durch Leitung, Konvektion und Strahlung.

In Festkörpern findet Wärmeübertragung durch Leitung statt. Wenn die Feststoffteilchen erwärmt werden, beginnen sie zu vibrieren und stoßen miteinander zusammen, wobei Wärme von den heißeren auf die kälteren Teilchen übertragen wird.

Wärmeübertragung durch Konvektion ist ein Phänomen, das in Flüssigkeiten und Gasen beobachtet wird. Diese Art der Wärmeübertragung tritt auch an der Oberfläche zwischen Festkörpern und Flüssigkeiten auf.

Wenn die Flüssigkeit erwärmt wird, steigen die Moleküle nach oben und nehmen die Wärmeenergie mit sich. Eine Raumheizung ist das beste Beispiel für die konvektive Wärmeübertragung.

Wenn das Heizgerät die Umgebungsluft erwärmt, steigt die Temperatur der Luft an und die Luft steigt nach oben im Raum. Die oben vorhandene kühle Luft wird gezwungen, sich nach unten zu bewegen und erwärmt sich, wodurch eine Konvektionsströmung entsteht.

Wärmeübertragung durch Strahlung ist ein Prozess, bei dem das Objekt Wärme in Form von Licht abgibt. Alle Materialien strahlen abhängig von ihrer Temperatur eine gewisse Menge an Wärmeenergie ab.

Bei Raumtemperatur strahlen alle Objekte, einschließlich uns Menschen, Wärme als Infrarotwellen ab. Aufgrund der Strahlung können Wärmebildkameras auch in der Nacht Objekte erkennen.

Je heißer ein Objekt ist, desto mehr strahlt es ab. Die Sonne ist ein hervorragendes Beispiel für Wärmestrahlung, die Wärme über das Sonnensystem überträgt.

Da Sie nun den Unterschied zwischen Wärme und Temperatur kennen, sind wir der Antwort auf die im Titel dieses Artikels gestellte Frage sehr nahe.

Wir wissen nun, dass die Temperatur nur die Materie beeinflussen kann. Allerdings hat der Raum nicht genug Teilchen in ihm, und es ist fast ein komplettes Vakuum und endlosen Raum.

Das bedeutet, dass die Übertragung von Wärme unwirksam ist. Es ist unmöglich, die Wärme durch Leitung oder Konvektion zu übertragen.

Die Bestrahlung bleibt die einzige Möglichkeit.

Wenn die Wärme der Sonne in Form von Strahlung auf ein Objekt fällt, beginnen die Atome, aus denen das Objekt besteht, Energie zu absorbieren. Diese Energie beginnt die Atome in Schwingung zu versetzen und lässt sie dabei Wärme erzeugen.

Bei diesem Phänomen geschieht jedoch etwas Interessantes. Da es keine Möglichkeit gibt, Wärme zu leiten, bleibt die Temperatur der Objekte im Raum für eine lange Zeit gleich.

Heiße Dinge bleiben heiß und kalte Dinge bleiben kalt.

Wenn aber die Strahlung der Sonne in die Erdatmosphäre eintritt, gibt es viel Materie, die angeregt wird. Daher spüren wir die Strahlung der Sonne als Wärme.

Da stellt sich natürlich die Frage: Was würde passieren, wenn wir etwas außerhalb der Erdatmosphäre platzieren?

Der Raum kann Sie mit Leichtigkeit einfrieren oder verbrennen

Wenn ein Objekt außerhalb der Erdatmosphäre und im direkten Sonnenlicht platziert wird, würde es auf etwa 120°C erhitzt werden. Objekte um die Erde und im Weltraum, die kein direktes Sonnenlicht erhalten, haben eine Temperatur von etwa 10°C.

Die Temperatur von 10°C ist auf die Erwärmung einiger Moleküle zurückzuführen, die aus der Erdatmosphäre entweichen. Wenn wir jedoch die Temperatur des leeren Raums zwischen den Himmelskörpern im Weltall messen, liegt sie nur 3 Kelvin über dem absoluten Nullpunkt.

Die wichtigste Erkenntnis ist also, dass die Temperatur der Sonne nur dann spürbar ist, wenn es Materie gibt, die sie absorbieren kann. Im Weltraum gibt es fast keine Materie, daher die Kälte.

Die zwei Seiten der Sonnenwärme

Wir wissen, dass schattige Regionen kalt werden. Das beste Beispiel ist die Nacht, in der die Temperaturen sinken, da keine Strahlung auf diesen Teil der Erde trifft.

Im Weltraum liegen die Dinge jedoch ein wenig anders. Ja, Objekte, die vor der Sonneneinstrahlung verborgen sind, werden kälter sein als die Stellen, die Sonnenlicht empfangen, aber der Unterschied ist ziemlich drastisch.

Das Objekt im Weltraum wird an seinen beiden Seiten zwei Temperaturextremen ausgesetzt sein.

Nehmen wir zum Beispiel den Mond. Die Bereiche, die das Sonnenlicht erhalten, werden auf 127°C aufgeheizt und die dunkle Seite des Mondes wird bei eisigen -173°C sein.

Aber warum hat die Erde nicht die gleichen Effekte? Dank unserer Atmosphäre werden die Infrarotwellen der Sonne reflektiert und die, die in die Erdatmosphäre eindringen, werden gleichmäßig verteilt.

Aus diesem Grund empfinden wir eine allmähliche Temperaturänderung und nicht extreme Hitze oder Kälte.

Ein weiteres Beispiel, das die Temperaturpolarität im Weltraum zeigt, sind die Auswirkungen der Sonne auf die Parker Solar Probe. Die Parker Solar Probe ist ein NASA-Programm, bei dem eine Sonde ins All geschickt wurde, um die Sonne zu untersuchen.

Im April 2019 war die Sonde nur noch 15 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt. Um sich zu schützen, nutzte sie einen Hitzeschild.

Die Temperatur des Hitzeschilds, als er mit der Sonnenstrahlung bombardiert wurde, betrug 121°C, während der Rest der Sonde bei -150°C lag.

Der Weltraum ist die ultimative Thermoskanne

Wenn es nichts zu erwärmen gibt, bleibt die Temperatur eines Systems gleich. Dies ist beim Weltraum der Fall. Die Strahlung der Sonne mag ihn durchdringen, aber es gibt keine Moleküle oder Atome, die diese Wärme aufnehmen.

Auch wenn ein Gestein durch die Sonneneinstrahlung auf über 100°C erhitzt wird, nimmt der Raum um ihn herum aus dem gleichen Grund keine Temperatur auf. Wenn keine Materie vorhanden ist, findet auch keine Temperaturübertragung statt.

Daher bleibt der Weltraum auch bei heißer Sonne kalt wie Eis!