Температурой в физике называют величину, которая количественно выражает степень нагретости различных тел. Учитывая, что в область изучения часто попадают не только твердые тела, но жидкости и газы, то существует более общее понятие температуры, как степень кинетической энергии частиц.

Системной единицей измерения температуры является Кельвин (сокращено К), в которой за точку отчета берется абсолютный нуль — состояние вещества с нулевой кинетической энергией частиц. В быту чаще всего используются градусы Цельсия (сокращено °С), для которых точка отчета соответствует точке замерзания воды. Один градус Цельсия равен Кельвину, и соответствует 1/100 части температурной разницы между точкой замерзания и точкой кипения воды. Абсолютный нуль равен −273,15 градусов Цельсия.

С точки зрения квантовой физики и при абсолютном нуле температуры существуют нулевые колебания, которые обусловлены квантовыми свойствами частиц и их окружающего физического вакуума.

Среднегодовая температура

Наша планета находится в зоне жизни своей звезды. Зоной жизни называется пространство достаточно удаленное от своей звезды, в котором на поверхности планеты возможно существование воды в жидкой форме. Современные метеорологи (специалисты по земному климату и погоде) чаще всего используют температурные измерения приземного воздуха с помощью ртутных или спиртовых термометров (температура замерзания ртути и спирта равна -38.9°C и -114,1°C соответственно).

По международной методике измерения должны происходить на двухметровой высоте от поверхности земли в специальной метеорологической будке, удаленной от антропогенного ландшафта. Среднегодовая температура приземного воздуха на поверхности Земли равна +14°С. В то же время в отдельных частях планеты температура приземного воздуха сильно отличается от этого значения по причине разного времени года или суток, различной географической широты, удаления от океана, высоты над средним уровнем моря и близости к вулканическим областям.

Диапазон температур Земли

Самый небольшой температурный перепад приземного воздуха наблюдается в экваториальных районах Мирового океана. Так на острове Рождества, который находится в центральной экваториальной части Тихого океана сезонные температурные перепады ограничены диапазоном 19-34 градусов Цельсия. Впрочем, считается, что самый ровный климат наблюдается в местечке Гарапан на острове Сайпан (Мариинские острова). В течение 9 лет с 1927 по 1935 г. самая низкая температура здесь была зарегистрирована 30 января 1934 г. (+19.6°С), а самая высокая - 9 сентября 1931 г. (+31,4°С), что дает перепад 11,8°С.

Континенты характеризуются значительно более высокими температурными перепадами. В долине Смерти (Калифорния) 10 июля 1913 года было зарегистрировано +56.7°C, а 13 июля 1922 года регистрировалось +57.8° C (позже это значение было оспорено). На российской станции Восток, 21 июля 1983 года, наблюдалось -89,2° C. Самый большой перепад температур зарегистрирован в российском Верхоянске — 106,7° C: от -70° C до +36.7°С. Самая низкая среднегодовая температура зарегистрирована в 1958 году на Южном полюсе (-57,8°С). Самая высокая среднегодовая температура зафиксирована в местечке Феранди (Эфиопия) в 60-х годах 20 века (+34°С).

Поверхностная температура Земли отличается ещё экстремальными значениями в связи с тем, что темная поверхность днем может прогреваться до значительно более высоких температур по сравнению с воздухом. В долине Смерти (Калифорния) 15 июля 1972 года регистрировалось +93.9°C. Вероятно такие высокие поверхностные температуры могут вызывать в условиях сильного ветра аномальные кратковременные всплески температуры воздуха (в июле 1967 году в иранском Абадане был зарегистрирован резкий рост температуры воздуха до +87.7°С).

Распределение годовых максимальных температур Земли

Поверхность нашей планеты является источником теплового электромагнитного излучения, максимум которого находится в инфракрасной области спектра (согласно закону смещения Вина).

Благодаря этому свойству околоземные спутники могут измерять температуру любой точки поверхности Земли в отличие от наземных метеостанций.

Анализ снимков спутника “Aqua“ за 2009-2013 годы позволил определить, что максимальная поверхностная температура в иранской пустыне в 2005 году достигала +70.7 °C.

Статистическое распределение годовых максимальных температур поверхности на планете показывает четыре кластера (ледники, леса, саванны/степи и пустыни).

Другой анализ спутниковых снимков за 1982-2013 годы показал, что минимальные температуры в Антарктиде могут достигать -93.2 °C.

Несмотря на то, что земная поверхность в среднем получает от Солнца в 30 тысяч раз больше энергии, чем от земных недр, геотермальная энергетика является важным элементом экономики некоторых стран (к примеру, Исландии).

Бурение рекордной Кольской скважины показало, что на глубине 12 км температура достигает +220°С.

Изотерма +20 °C в земной коре проходит на глубинах от 1500-2000 м (районы многолетней мерзлоты) до 100 м и менее (субтропики), а в тропиках выходит на поверхность. В горных районах термальные источники имеют температуру до +50…+90 °C, а в артезианских бассейнах на глубинах 2000-3000 м вода с температурой +70…+100 °C и более.

Точка, где наблюдалась минимальная температура, не является самой высокой частью ледника: её высота составляет около 3900 метров против 4093 метров у Плато А (Аргус).

Более ранний анализ снимков спутника “Aqua“ за 2004-2007 годы подтверждает, что самые холодные зимние температуры наблюдаются на хребте B, который соединяет плато А и плато F (Фуджи).

В районах активного вулканизма термальные источники проявляются в виде гейзеров и струй пара, выносящих на поверхность пароводяные смеси и пары с глубин 500-1000 м, где вода находится в перегретом состоянии (+150…+200 °C). В подводных гидротермальных источниках (“черных курильщиках”) наблюдаются температуры до +400 °C. В вулканах температура лавы может повышаться до +1500°C.

На основе лабораторных экспериментов, данных сейсмологии и теоретических расчетов считается, что в недрах планеты температуры могут превышать 7 тысяч градусов. Несколько вариантов теоретической температуры глубинных слоев планеты.

Если бы наша планета не обладала атмосферой, то согласно закону Стефана-Больцмана её средняя температура равнялась бы не +14 °C, а -18 °С. Различие объясняется тем, что земная атмосфера поглощает часть теплового излучения поверхности (парниковый эффект). Это во многом объясняет, почему с ростом высоты над поверхностью планеты падает не только давление, но и температура.

Температурный максимум в стратосфере (на высоте примерно 50 км) объясняется взаимодействием озонового слоя с ультрафиолетовым излучением Солнца. Температурный пик в экзосфере (ионосфере) связан с ионизацией молекул внешних разреженных слоев атмосферы под действием солнечного излучения. Суточные колебания в этом слое могут достигать нескольких сотен градусов. В экзосфере происходит улетучивание земной атмосферы в космос.

Температурные колебания у других планет Солнечной системы

Хорошим примером температурных колебаний в случае, если бы у Земли не было атмосферы, является . По наблюдениям спутника LRO температура поверхности нашего спутника изменяется от +140°C в небольших экваториальных кратерах до -245 °C на дне полярного кратера Hermite (Эрмита). Последнее значение даже меньше, чем измеренная температура поверхности Плутона -245 °C или любого другого небесного тела Солнечной Системы, для которого были проведены температурные измерения. Тем самым температурные колебания на Луне достигают 385 градусов. По этому показателю Луна занимает второе место в Солнечной Системе после .

Измерения приборов, оставленных экипажами миссий Аполон-15 и Аполон-17, показали, что на глубине 35 см, температуры в среднем на 40-45 градусов теплее, чем на поверхности. На глубине 80 см сезонные колебания температуры исчезают, и постоянная температура близка к -35 °С. Оценивается, что температура ядра Луны равна 1600–1700 K. Куда более высокие температуры могут появляться во время падения астероидов.

Так в древних земных кратерах обнаружены фианиты, для образования которых из циркона требуются температуры, превышающие 2640 Кельвинов. Достижение таких температур невозможно при земном вулканизме.

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

На днях ученые, работающие на Антарктиде, зафиксировали температурный рекорд – самую низкую температуру за весь период метеонаблюдений.

Новый рекорд составил минус 91,2 градуса. Предыдущий рекорд простоял тридцать лет. В 1983 году на Антарктиде метеорологи зафиксировали температуру минус 89, 2 градуса. Надо отметить, что рекорд 1983 года был зафиксирован советскими исследователями Антарктиды на станции «Восток».

Последний же рекорд установленный природой засвидетельствовали японские полярники на станции "Купол Фудзи" и были подтверждены данными со спутника. Антарктида полностью оправдывает название «полюса холода» - самой холодной части Земли.

Северный Полюс в этом плане значительно уступает южному, там температурный минимум достигал только около минус 70 градусов.

Факт температурного рекорда несколько выбивается из теории глобального потепления земли. Пока в северном полушарии присутствует аномальное тепло, южное полушарие может пострадать от аномального похолодания. Этот факт ученые не отвергают.

Температурный рекорд сорвал и планы одного из наследника короны Великобритании принца Гарри – достичь пешком Южного Полюса. Из-за погодных условий принц и его спутники вынуждены были свернуть мероприятие. Готовился принц к путешествию в морозильной камере с температурой минус 35 градусов, а тут минус девяносто. Не стали рисковать особой королевских кровей.

Это поразительно, но самая высокая температура во Вселенной в 10 триллионов градусов по Цельсию была получена искусственным путем на Земле. Абсолютный рекорд температуры был установлен 7 ноября 2010 года в Швейцарии при эксперименте на Большом адронном коллайдере — БАК (самом мощном в мире ускорителе элементарных частиц).

В рамках эксперимента на БАК ученые поставили задачу — получить кварк-глюонную плазму, которая заполняла Вселенную в первые мгновения ее возникновения после Большого взрыва. С этой целью на скорости, близкой к скорости света, ученые столкнули пучки ионов свинца, обладающие колоссальной энергией. При столкновении тяжелых ионов начали возникать «мини-большие взрывы» — плотные огненные сферы, имевшие столь чудовищную температуру. При таких температурах и энергиях ядра атомов буквально плавятся и образуют «бульон» из составляющих их кварков и глюонов. В результате в лабораторных условиях и была получена кварк-глюонная плазма с самой высокой температурой с момента возникновения Вселенной.

До этого ни в одном эксперименте ученым еще не удавалось получить столь немыслимо высокой температуры. Для сравнения: температура распада протонов и нейтронов составляет 2 триллиона градусов по Цельсию, температура нейтронной звезды, которая формируется сразу после взрыва сверхновой, составляет 100 миллиардов градусов.

Выше температуры звезд

Согласно спектральной классификации Моргана-Кинана все звезды делятся на следующие классы по светимости, размеру и температуре:
О — голубые гиганты — 30000-60000 гр. Кельвина (Вега)
В — бело-голубые гиганты 10000-30000 гр. Кельвина (Сириус)
А — белые гиганты 7500-10000 гр. Кельвина (Альтаир)
F — желто-белые звезды 6000-7500 гр. Кельвина (Капелла)
G — желтые карлики 5000-6000 гр. Кельвина (Солнце)
К — оранжевые звезды 3500-5000 гр. Кельвина (не знаю примера)
М — красные гиганты 2000-3500 гр. Кельвина (Антарес)

Наше родное Солнце относится к желтым карликам и имеет температуру ядра в 50 миллионов градусов. Таким образом, температура полученной кварк-глюонной плазмы в 200 тысяч раз превысила температуру ядра Солнца. В тоже время в окружающем космосе обычно царит первозданный холод, так как средняя температура Вселенной только на 0,7 градуса выше абсолютного нуля.

Но почему при столкновении ионов свинца получаются такие высокие температуры?

Все дело в заряде частиц. Чем он больше, тем больше энергия, до которой частица разгоняется в поле коллайдера. Кроме того, ион сам по себе довольно крупный объект. Поэтому при столкновении таких частиц, да еще разогнанных до огромных энергий, и рождается вещество с фантастической температурой.

Кстати, они (ионы) никакой опасности не представляют, так как количество сверх-разогретого вещества очень мизерное, меньше, чем атом.

Прежний рекорд- 4 триллиона градусов, установленный в Брукхейвенской национальной лаборатории (США), продержался всего пару месяцев. Для этого в коллайдере сталкивали ионы золота. Но уже тогда многие ученые предсказывали, что БАК превзойдет этот рекорд, ведь ионы свинца значительно тяжелее ионов золота.

Полученная учеными рекордная температура в 10 триллионов градусов по Цельсию держалась только несколько миллисекунд, но за это время было получено столько интересных данных, что на их анализ пришлось потратить несколько лет. Проводилось множество измерений и полученные данные многократно уточнялись и перепроверялись. После того как появилась уверенность, что кварк-глюонная плазма была получена, различные показатели пересчитали в давление и рекордную температуру.

В течение считанных микросекунд после Большого Взрыва Вселенная состояла из аналогичной кварк-глюонной плазмы, которая представляет собой не ионизированный газ, а скорее жидкость, лишенную вязкости и текущую почти без трения. В дальнейшем (по мере остывания) кварки объединяются в нейтроны и протоны, а уже из них возникают ядра атомов.

Что дальше?

Физики уверены, что при помощи БАК им удалось поймать мгновение перед тем, как плазма конденсировалась в адроны и мгновение до того, как было создано неравновесное состояние между материей и антиматерией (в другом случае наша Вселенная была бы наполнена лишь чистой энергией). Таким образом, проводимые исследования позволяют лучше понять процессы, которые происходили на ранних стадиях развития космоса. В конечном итоге ученые надеются еще больше приблизиться к пониманию того, как и почему из массы однородного кварк-глюонного «супа» возникла существующая материя

Возникновение такого особого состояния вещества, как кварк-глюонная плазма, является ключевым предсказанием квантовой хромодинамики. Согласно ей, по мере того, как ученым удастся воссоздавать условия все более ранних моментов эволюции нашей Вселенной, они увидят как, так называемое сильное взаимодействие, удерживающее нейтроны и протоны внутри атомного ядра, сойдет на нет.

Теперь с помощью установленного на БАКе детектора ALICE массой в 10 тысяч тонн, ученые смогут изучать условия, существовавшие во Вселенной всего через миллисекунду после давшего ей начало Большого взрыва.

Трудно даже предположить, какие еще открытия ожидают человечество впереди.

в 10 триллионов градусов по Цельсию была получена искусственным путем на Земле. Абсолютный рекорд был установлен в Швейцарии при эксперименте на Большом адронном коллайдере. А теперь угадайте — где во Вселенной была зафиксирована самая низкая температура? Правильно! Тоже на Земле.

В 2000 году группе финских ученых (из лаборатории низких температур в Технологическом университете Хельсинки) при изучении магнетизма и сверхпроводимости в редком металле Родий, удалось получить температуру всего на 0.0000000001 градуса выше абсолютного нуля (см. пресс-релиз). В настоящее время это самая низкая температура, полученная на Земле и Самая низкая температура во Вселенной.

Отметим, что абсолютный ноль — это предел всех температур или -273.15… градусов по Цельсию. Такую низкую температуру (-273.15 °C), просто невозможно достичь. Второй рекорд по снижению температуры был установлен в Массачусетском Технологическом Институте. В 2003 году там удалось получить сверх-холодный газ Натрия.

Получение сверхнизких температур, искусственным путем — выдающееся достижение. Исследования в этой области чрезвычайно важны для изучения эффекта сверхпроводимости, использование которого (в свою очередь) может вызвать настоящую индустриальную революцию.

Щелкните мышкой по любой синей панели ниже для получения дополнительной информации.

Оборудование для достижения рекордно низких температур

Оборудование для достижения рекордно низких температур, обеспечивает несколько последовательных стадий охлаждения. В центральной части криостата находится холодильник для достижении температуры 3 mK, и две атомные ступени охлаждения, использующие метод ядерного адиабатического размагничивания.

Первые атомная ступень охлаждается до температуры 50 μK, в то время как вторая атомная ступень с образцом Родия, позволила достичь рекордно низкой отрицательной температуры уже в пикокельвиновском диапазоне.

Самая низкая температур в природе

Самая низкая температура в природе

В природе самая низкая температура была зарегистрирована в туманности Бумеранг. Эта туманность расширяется и выбрасывает охлажденный газ со скоростью 500 000 км/ч. За счет огромной скорости выброса молекулы газа охладились до -271/-272 °С.

Для сравнения. Обычно, в открытом космосе температура не опускается ниже -273 °С.

Цифра в -271 °С — является самой низкой из официально зарегистрированных естественных температур. И это значит, что туманность Бумеранг холоднее даже реликтового излучения от Большого Взрыва.

Туманность Бумеранг находится относительно недалеко от Земли на расстоянии всего лишь в 5000 световых лет. В центре туманности находится умирающая звезда, которая когда-то, как и наше Солнце была желтым карликом. Затем она превратилась в красный гигант, взорвалась и закончила жизнь в виде белого карлика с гиперхолодной протопланетарной туманностью вокруг себя.

Туманность Бумеранг была детально сфотографирована космическим телескопом Хаббл в 1998 году. В 1995 году, используя 15-метровый субмиллиметровый телескоп ESO в Чили, астрономы выяснили, что именно она является самым холодным местом во Вселенной.

Самая низкая температур на Земле

Самая низкая температура на Земле

Самая низкая естественная температура на Земле, -89,2 °С, была зафиксирована в 1983 в Антарктиде на Станция Восток. Это официально зарегистрированный рекорд.

Недавно ученые сделали новые замеры со спутника в районе японской станции Купол Фудзи. Получена новая рекордная цифра самой низкой температуры на поверхности Земли -91,2 °С. Однако этот рекорд сейчас оспаривается.

В тоже время поселок Оймякон в Якутии сохраняет за собой право считаться полюсом холода на нашей планете. В Оймяконе в 1938 году была зарегистрирована температура воздуха в -77,8 °С. И хотя на станции Восток в Антарктиде зафиксирована значительно более низкая температура (-89,2 °С), это достижение не может считаться рекордно низким, так как станция Восток находится на высоте 3488 метров над уровнем моря.

Для сопоставления результатов различных метеорологических наблюдений их необходимо приводить к уровню моря. Известно, что повышение над уровнем моря значительно понижает температуру. В этом случае самая низкая температура воздуха зарегистрированная на Земле оказывается в уже Оймяконе.

Самая низкая температура в Солнечной системе

Самая низкая температура в Солнечной системе, -235 °С на поверхности Тритона (спутник Нептуна).

Это настолько низкая температура, что охлажденный азот, вероятно, оседает на поверхности Тритона в виде снега или инея. Таким образом, Тритон, является самым холодным местом в Солнечной системе.

© Копировать пост можно лишь при наличии прямой индексируемой ссылки на сайт

Зима уже закончилась, но в памяти все равно свежи воспоминания о морозе и холоде. При минусе перехватывает дыхание, губы начинают трескаться, кожа пересыхает… Замерзают ноги и руки. Каждый год появляются сообщения о людях, которые решили немного передохнуть в сугробе. И никакая цивилизованность, наука, медицина, нанотехнологии не спасают от этой самой страшной жертвы зиме.

Тем ни менее, в большинстве городов России зимняя температура редко опускается ниже 30-40 градусов от нуля, тогда как это совсем не предел. Даже на нашей теплой и уютной планете есть места с довольно пугающим климатом. И самая низкая температура на Земле может впечатлить кого угодно.

Оймякон

Небольшое село в Якутии считается настоящим полюсом холода. Оно является самым холодным населенным пунктом. В нем живет около полутысячи людей, которые привыкли к местному климату и считают его вполне достойной расплатой за жизнь в родном краю.

А климат тут и правда более, чем суровый. Село мало того, что расположено далеко на севере, оно ещё и довольно высоко относительно уровня моря и удалено от океанов. А из-за того, что оно лежит в низине, зимой сюда стекается морозный воздух. Сумма этих факторов дает впечатляюще низкие среднегодовые температуры, а абсолютный минимум составил -64,3 градуса по Кельвину. Не очень уютно, но люди приспособились и к этому.

Станция «Восток»

Как бы это ни было парадоксально, но ниже всего температура на Южном полюсе. Разумеется, «южный» в этом случае означает «расположенный внизу карты», а не «на теплом и приятном юге». Самый холодный континент промерз насквозь, только летом в нем оттаивает небольшой поверхностный слой почвы, позволяя выживать ограниченному количеству флоры и фауны.

Погожий летний денек

Люди там не живут, за исключением особо экстримальных ученых, занимающихся исследованием этого неприветливого края. Там есть станции многих стран, в том числе и России. И именно обитатели российского «Востока» зафиксировали температуру, которая долгое время считалась минимальной - -89,2 градуса. Произошло это историческое событие 21 июня 1983 года. И почти двадцать лет этот рекорд казался абсолютным.

Купол Фудзи

Антарктида – континент крайне неприветливый, но там есть и вовсе впечатляющие места, к примеру, Купол Фудзи, он же Гора валькирий. Эта возвышенность расположена на Земле Королевы Мод, одной из самых холодных областей. В дополнение к тому, он расположен на высоте 3600 метров над уровнем моря, что делает климат ещё более суровым. Кстати, Купол Фудзи – одна из самых высоких точек континента, что способствует получению уникальных погодных условий.

Непогожий денек

Именно на этой области и был зафиксирован существующий на данный момент температурный минимум – 91,2 градуса. Интересно не только то, что это минимальная температура, но и первая зафиксированная, перешагнувшая рубеж в 90 градусов ниже нуля.

Отличается и метод обнаружения этой температуры. Дело в том, что чаще всего температуру измеряют обычным спиртовым или электронным градусником. Полученный результат показывает температуру приземного слоя воздуха. Но новый температурный рекорд измерялся не привычным способом, а со спутника. Таким образом, была измерена температура поверхности земли, и поэтому многие ставят под сомнение правомочность этого рекорда.

Где-то над Швецией

Если же говорить не о приземной температуре, а обо всей планете, включая атмосферу, то самая низкая температура будет значительно отличаться от уже упомянутых значений.

Так в атмосфере Земли на высоте в 85 километров над Швецией в 1963 году был зафиксирован температурный минимум, не имеющий аналогов -143 градуса ниже нуля по Цельсию.

С другой стороны если продолжать подниматься, то температура будет уменьшаться, пока не достигнет -270 градусов, характерных для открытого космоса. Правда, планетой это уже считаться не будет.

Где-то в лаборатории

В 2001 году Нобелевская премия по физике была дана группе ученых, которые смогли разработать теоретические основы охлаждения вещества до сверхнизких температур и проверить их на практике. Для этого газ охлаждают в магнитной ловушке, где он не может соприкасаться со стенками и нагреваться от них.

Позже на основании этой методики была получена самая низкая на планете и во всей Вселенной температура – 0,0000000001 по Кельвину, что на один пикокельвин выше абсолютного нуля.

Вряд ли использовался именно этот термометр, но результат был бы похожим

В открытом космосе и то выше, ведь его пространство нагревается за счет радиационного фона, оставшегося после Большого Взрыва. Сейчас средняя температура в межзвездном пространстве составляет около 3 градусов по Кельвину. Постепенно Вселенная остывает, но очень медленно, примерно на 1 градус за 3 миллиарда лет.

Поэтому пока что самая низкая температура зафиксирована именно на Земле, конечно же, если на других планетах нет других цивилизаций со своими учеными, стремящимися узнать тайны материи и энергии.