Khoa học giải thích: Tại sao mặt trời thì nóng bỏng mà không gian lại lạnh lẽo?

Trước hết, bạn cần biết rằng câu hỏi này thực ra không có ý nghĩa lắm. Không gian không “lạnh,” vì nó không gian không là gì cả, vì thế nó không có nhiệt độ.

Nhiệt độ là một thước đo tốc độ di chuyển của các nguyên tử và phân tử. Vì thế các vật thể trong không gian (như hành tinh và các vì sao và mây bụi và tàu vũ trụ) thì có nhiệt độ, vì chúng đều được tạo ra từ các nguyên tử và phân tử. Bản thân không gian thì không có nhiệt độ.

Nhưng có người sẽ nói thậm chí cả không gian “trống rỗng” cũng chứa các nguyên tử, dù là ít. Không gian sâu thẳm, cách xa khỏi các hành tinh và các vì sao, chứa đầy một loại khí rất mỏng, khoảng 1 nguyên tử cho mỗi “thìa” không gian (tức khoảng 10 cm khối không gian). Trái lại, một “thìa” không khí ở Trái đất này chứa hơn 1020 (tức 100 tỷ tỷ) phân tử.

Loại khí mỏng đó có nhiệt độ: khoảng 3 độ Kelvin, nghĩa là khoảng 3oC (5oF) trên độ Không tuyệt đối. Độ không tuyệt đối là nhiệt độ thấp nhất có thể - tại đó các phân tử và nguyên tử cùng ngừng chuyển động.

Vì thế, để chính xác hơn thì câu hỏi nên là: Tại sao khí trong không gian lại lạnh?

Thôi bỏ qua những chuyện nhỏ nhặt, thực ra nguyên nhân chính là vì không gian quá lớn. Nếu bạn trôi nổi trong không gian ở khoảng giữa mặt trời với ngôi sao gần nhất (Proxima Centauri), thì cũng cách mỗi cái khoảng 2,1 năm ánh sáng.

Bạn sẽ nhận được nguồn nhiệt là bao nhiêu từ một ngôi sao cách xa 2,3 năm ánh sáng (tương đương 2 x 1016 mét)? Rõ ràng là không nhiều.

Được rồi, nhưng tại sao không gian gần mặt trời cũng lạnh?

Đây mới là câu hỏi đáng quan tâm hơn cả.

Nếu bạn chỉ cách xa mặt trời không phải hàng năm ánh sáng mà chỉ khoảng 150 triệu km (92 triệu dặm), thì sức nóng của mặt trời tập trung hơn đáng kể: 1.368 watt/m2.

Nói cách khác, nếu bạn trôi nổi bên ngoài bầu khí quyển của trái đất dưới ánh nắng trực tiếp, bạn sẽ được sưởi ấm trực tiếp từ mặt trời. Muốn biết cảm giác đó thế nào, hãy bật lò sưởi trong phòng lên và ngồi ngay lên trên đó.

Vì thế, nếu bạn nằm ở hướng chiếu trực tiếp của ánh sáng mặt trời gần mặt trời, bạn sẽ không bị lạnh. Đó là lý do tại sao chúng ta có bộ đồ du hành vũ trụ: ngoài bảo vệ bạn khỏi chân không, chúng còn giúp bạn khỏi bị nướng chín. Các vật thể dưới ánh nắng mặt trời trực tiếp trên quỹ đạo Trái đất có thể được làm nóng tới 120oC (248°F).

Tuy nhiên, có một nghịch lý: Bạn cũng cần bộ đồ du hành không gian để bảo vệ mình khỏi bị đông cứng. Thậm chí ở quỹ đạo Trái đất, không gian cũng rất lạnh. Tại sao lại như vậy?

Khi đứng trên Trái đất, nếu bạn đi từ chỗ nắng vào bóng râm, lý do bạn không bị đông cứng là bởi hơi ấm trong không khí bao quanh bạn vẫn còn rất nhiều. Ở ngoài không gian thì khác vì ở đó không có không khí. Hơi ấm từ cơ thể của bạn sẽ bắt đầu thoát ra – dù không phải luôn một lúc, vì không gian cũng là một chất cách ly khá tốt.

Trên Trái đất, nếu bạn đứng trong gió lớn hoặc biển lạnh, bạn sẽ mất nhiệt rất nhanh vì không khí và nước sẽ lấy mất nhiệt từ cơ thể bạn. Ở trong không gian, không hề có gì để mang nhiệt đi, vì thế bạn có thể bị mất nhiệt do bức xạ chứ không do truyền nhiệt (vì thế bình chân không giữ được đồ uống nóng hoặc lạnh trong nhiều giờ).

Tuy nhiên, nếu không có bộ đồ du hành vũ trụ để bảo vệ, cuối cùng bạn cũng sẽ lạnh cứng – trừ khi bạn chết trước lúc đó vì thiếu oxy.

Đinh Vân