Uzay neden soğuktur?

Bu tip konseptlerde uzay derken tam olarak nereden bahsettiğinizi açıklamakta önem var çünkü gezegenlerarası uzay ile gakasiler arası uzay birbirinden çok farklı ortamlar.^[3]O yüzden en yakın yerden başlayıp uzaklaştıkça sıcaklığın nasıl değiştiğini ve bu sıcaklığa nelerin etki ettiğini açıklamaya çalışayım.

Dünyanın yakın çevresi, zannedilenin aksine atmosferden çıkar çıkmaz muazzam bir soğuğa maruz kalmıyoruz. Madde miktarı yeryüzü ile karşılaştırıldığında çok az olmasına rağmen yine de tamamen boş bir bölge değil ama tabi ciddi miktarda ısı transferi yapacak bir miktar değil yine de. Burda ana etken Güneşden gelen ışıma ile ısınan cisimler, sıcaklıklarından dolayı yaptıkları kara cisim ışıması ile soğuyorlar. Kara cisim ışıması sıcaklığın 4. kuvveti ile doğru orantılı olduğundan sıcak cisimler daha çok ışıma yaparken soğudukça daha az ışıma yapıyorlar ve Güneşten aldıkları ısı ile ışımayla kaybettikleri ısı birbirlerine eşit olduğu sıcaklıkta dengeye geliyorlar.^[1] Dünyanın yakın çevresindeki sıcaklık ise ortalama 283.32 K (10.17 °C)^[2]

Gezegenlerarası uzay, gezegenler arası boşlukta yani Güneş sistemi içindeki uzayda sıcaklık değişken olabiliyor. Dünyadan uzaklaşınca madde miktarı iyice düştüğü için (yaklaşık olarak santimetreküp başına 5-100 parçacık arasında) ısı transferi tamamen bitiyor. Başlıca ısı kaynağı yine Güneş ve yakınlarda bir gezegen varsa onların yaydığı kara cisim ışıması ve yine ısı kaybı karacisim ışıması ile. Haliyle bir gezegene yakın olup olmadığınız ve Güneşe ne kadar uzak olduğunuz sıcaklığı değiştiriyor. Ama yine de artık oldukça soğuk bir yerdeyiz. Astroid kuşağının iç kısmındaki (2.2 AU) sıcaklık yaklaşık 200 K (−73 °C) iken astroid kuşağının (3.2 AU) dışında 165 K'e (−108 °C) kadar düşebiliyor.^[4] Gezegenlerin ortalama sıcaklıkları ise görseldeki gibi:

NASA

Yıldızlararası uzay, yıldızlararası boşlukta, başka bir değişle Samanyolu galaksisindeki yıldız sistemleri arasındaki boşlukta, madde miktarıdaha da azalıyor ve sıcaklık tanımlamak bile oldukça zor bir hal alıyor. Çünkü sıcaklık gibi makroskobik değişkenler yüksek sayıda parçacıkların ortalama özellikleri ve yıldızlararası uzaydaki madde miktarı ortalama santimetreküp başına 0.1 parçacık. Yine ısı kaybını kara cisim ışıması ile oluyor fakat piyasada pek bir ısı kaynağı yok uzak yıldızlardan gelen ışımalar ve Kozmik arka alan ışıması ile ısınıyor maddeler. Ya da bir takım Nebulalar ve gaz bulutları patlamış olan bir yıldızın kalıntıları olduğundan henüz daha denge sıcaklığına ulaşmamış ve hala soğumakta olabiliyor. Büyük bir kısımda sıcaklık 10 K(-263.15 °C) civarında (Pluton'da gece sıcaklık bu seviyeye düşmüyor.) fakat bahsettiğim sıcak gaz bulutsuları mevcut bu bulutsularda sıcak 8000 K'e (7 700°C) kadar çıkabiliyor.^[5] Bu bulutsulardan uzak durup sadece yıldızlararası boş uzayın ortalama sıcaklığına bakarsak 3 K(-270 °C) civarında.^[2] Ama bu gaz bulutlarının hepsi sıcak değil bilinen en düşük sıcaklık Boomerang Nebulası ismi verilen Samanyolu'ndaki bir ilkel gezegenimsi nebulanın sıcaklığı. 1995 yılında Boomerang Nebulası'nın sıcaklığı 1 K (-272 °C) olarak ölçüldü ve bunun kozmik arka alan ışımasından bile daha düşük sıcaklıkta olması bilim insanları arasında büyük bir ilgi oluşturdu.^[6]

Galaksilerarası uzay, Bu noktada artık sıcaklıktan bahsedemeyiz zira madde miktarı metreküp başına bir parçacığın daha altında. Yıldızlararası uzaydan bahsederken madde miktarının azlığı sıcaklık tanımını şaibeli hale getiriyor demiştim ama artık sıcaklık tanımlanamaz bir hal alıyor. Yolda sadece tek bir araba varsa o arabanın trafiğin akış hızından daha hızlı veya daha yavaş gittiğinden bahsedemezsiniz çünkü bir trafik mevcut değildir. Onun gibi tek bir parçacığın da sıcaklığından bahsedemezsiniz. Yer yer gaz ve toz bulutları mevcut veya saniyede binlerce km hızında giden yüzbinlerce derece sıcaklığındaki galaktik rüzgarlar mevcut^[7] fakat onların sıcaklığını uzay boşluğunun sıcaklığı olarak görmek sobanın içindeki sıcaklığı ölçüp evin sıcaklığı 3000 derece demekten daha saçma. Dolayısıyla galaksilerarası uzayda sıcaklık tanımlı değil demek daha makul bence.

Kozmik arka alan ışıması, bütün galaksilerin, yıldızların gök cisimlerinin arkasında bulunan evrenin arka planından bir ışıma geliyor. Ve bu ışıma 2.72548 K (-270.42452 °C)^[8]. Bu ışıma direkt Bigbang'den geliyor. Evrenin ilk zamanlarında milyonlarca derece iken evren genişledikçe soğuyor. Dolayısıyla evrenin yaşı hesaplanırken kullanılan en önemli faktör bu ışımanın sıcaklığı. Uzayın sıcaklığından bahsederken bundan bahsetmesek olmazdı. Ortalama sıcaklık 2.725 K olsada çeşitli yerlerinde sıcaklığın daha yüksek ve düşük olduğu yerler mevcut. Kozmik arkalan ışımasının sıcaklığı farklı yönlerde 2.721 K ile 2.729 K arasında değişiyor. Bunun sebebi enerjinin Bigbang'den hemen sonra evrende homojen dağılmamış olmasıdır. Ve bu daha enerjetik kısımlar evren genişledikçe galaksiler, yıldızlar ve gezegenler gibi maddenin yoğun olduğu küçük bölgeler olacak. Buraya bir resmini bırakıyorum.

NASA

Merhaba Burak.

Uzayın yoğunluğu çok düşük olduğu için yıldızlar, kuasarlar ya da çeşitli ısı kaynakları bu ısı enerjisini aktaramaz. Bildiğin gibi ısı enerjisi moleküllerin birbirine çarpması/sürtünmesi olayıyla aktarılır. Ayrıca uzayın büyük bir kısmı boşluk olduğu için konveksiyon yoluyla ısı aktarımı da sağlanamaz. Geriye sadece ışık enerjisini soğurma aracılığıyla ısınma yöntemi kalır. Ama yukarıda bahsettiğim düşük yoğunluk sebebiyle moleküller birbirine çarpamadığı için ısı aktarımı mümkün olmaz. Sadece yıldızlara çok yakın bölgeler sıcak olur.