อุณหภูมิในอวกาศ กี่องศา ?

ที่มาของภาพ http://3.bp.blogspot.com/-TmcS211yKzA/UcWhE9UEbKI/AAAAAAAAA34/RjaylBvoE9Q/s400/How+Cold+is+Space.jpg

การคำนวณหาค่าอุณหภูมิของอวกาศนั้นเป็นเรื่องที่น่าปวดหัวไม่น้อย เนื่องจากมีผลพวงมาตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน โดยเฉพาะประเด็นที่มีข้อถกเถียงกันมากในเรื่องว่า อวกาศเริ่มต้น ณ ตรงไหน ทั้งนี้นักวิทยาศาสตร์และนักเทคโนโลยีด้านอวกาศ นักกฎหมายอวกาศ รวมไปถึงหน่วยงานด้านกิจการอวกาศใหญ่ๆ ในต่างประเทศยังไม่สามารถกำหนดหรือหาข้อสรุปร่วมกันจนเป็นที่ยอมรับของทุกฝ่ายที่เกี่ยวข้องได้อย่างชัดเจนว่า อวกาศ เริ่มต้นจากจุดไหน เพราะมีปัจจัยและผลประโยชน์ที่ทับซ้อนกันมากมายเข้ามาเกี่ยวข้อง เมื่อไม่สามารถกำหนดหรือระบุได้ว่าชัดเจนอย่างเป็นที่ยอมรับของทุกฝ่ายว่า อวกาศ เริ่มต้นจากจุดใด การนิยามสิ่งต่างๆ ที่เกี่ยวข้องก็จะมีผลต่อเนื่องตามกันมา

อุณหภูมิของพื้นผิวโลก ชั้นบรรยากาศ และอวกาศที่อยู่ใกล้โลก
ที่มาของภาพ http://media.xpair.com/images/gefen/131-38.jpg

อย่างไรก็ตาม ได้มีการทำความเข้าใจระหว่างหลายๆ ฝ่าย หรือหลายๆ หน่วยงานที่เกี่ยวข้องทางด้านอวกาศว่า จุดเริ่มต้นของอวกาศนั้นพิจารณาจากระดับความสูง 100 กิโลเมตร(จากระดับน้ำทะเล) เป็นต้นไป เมื่อใช้ความเข้าใจดังกล่าว (ถึงแม้ว่าอาจจะไม่เป็นที่ยอมรับจากหลายฝ่ายก็ตาม) นักวิทยาศาสตร์ด้านอวกาศก็สามารถที่จะระบุค่าอุณหภูมิในอวกาศได้ อาทิ บริเวณอวกาศที่เป็นช่องว่างระหว่างดาวเคราะห์ ดวงดาวและกาแลคซีนั้น อุณหภูมิในบริเวณดังกล่าวโดยทั่วไปจะถูกพิจารณาว่ามีค่าประมาณ 2.75 องศาเคลวิน (หรือ –270.4 องศาเซลเซียส) ซึ่งสูงกว่าค่าศูนย์สัมบูรณ์เพียงเล็กน้อย (อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ หรือ absolute zero มีค่า 0 องศาเคลวิน หรือ –273.15 องศาเซลเซียส)

2.75 องศาเคลวิน เป็นค่าอุณหภูมิที่แท้จริง หรือเป็นค่าอุณหภูมิเฉลี่ย ? และมีที่มาอย่างไร ?

เมื่อนักวิทยาศาสตร์พูดถึงค่าอุณหภูมิในอวกาศ 2.75 องศาเคลวิน ซึ่งตามข้อเท็จจริงแล้วค่าดังกล่าวเป็นค่าอุณหภูมิเฉลี่ย ผู้อ่านอาจจะมีคำถามอยู่ในใจว่า ค่า 2.75 องศาเคลวิน มีที่มาที่ไปอย่างไร ?

ขอบฟ้า
ที่มาของภาพ http://d1jqu7g1y74ds1.cloudfront.net/wp-content/uploads/2009/02/atmosphere.jpg

ค่าอุณหภูมิที่ปรากฎอยู่ในอวกาศเป็นพลังงานที่ยังเหลือปรากฎอยู่จากบิกแบง โดยอุณหภูมิดังกล่าวอาจจะถูกเรียกว่า cosmic background radiation ซึ่งเป็นการแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า นอกจากนี้ แสงจากดวงอาทิตย์ก็เป็นปัจจัยหนึ่งที่มีผลต่ออุณหภูมิในอวกาศ ตัวอย่างเช่นบริเวณวงโคจรของดาวพลูโต ค่าอุณหภูมิมีค่าประมาณ 35 ถึง 40 องศาเคลวิน เนื่องจากวงโคจรดังกล่าวอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์

บิกแบง
ที่มาของภาพ http://www.faithhelper.com/big_bang.jpg

การวัดค่าอุณหภูมิ

การวัดค่าอุณหภูมิในอวกาศเป็นเรื่องที่ยุ่งยากซับซ้อน เนื่องจากอุณหภูมิเป็นค่าที่มีความหมายเพียงเมื่อความร้อนสามารถถ่ายโอนได้อย่างมีประสิทธิภาพจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง

ในอวกาศ ในขณะที่อุณหภูมิของอนุภาคมีค่าสูงมากๆ ความหนาแน่นของอนุภาคจะมีค่าต่ำ ดังนั้นความสามารถในการถ่ายโอนความร้อนจะอยู่ในระดับต่ำสุด ทั้งนี้อุณหภูมิของอนุภาคเหล่านี้อาจจะมีค่าเป็นล้านองศาเคลวิน แต่เนื่องจากอนุภาคเหล่านี้อยู่ห่างกันจนแทบจะไม่มีโอกาสชนกัน ผลก็คือปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นจริงของอุณหภูมิ หรือการแลกเปลี่ยนความร้อนจึงไม่เกิดขึ้น ดังนั้นอุณหภูมิในอวกาศจึงเป็นเรื่องของการเคลื่อนไหวและความหนาแน่นของโมเลกุล โดยจะพิจารณาถึงความถี่ของการชนกันของโมเลกุลเพื่อรับหรือสูญเสียพลังงาน

การหาค่าอุณหภูมิจะต้องใช้กฎของพลังค์ (Planck's law) ซึ่งกล่าวไว้ว่า ทุกวัตถุในจักรวาลปลดปล่อยรังสีตามอุณหภูมิของมัน จากการเฝ้าสังเกตรังสีที่ถูกปลดปล่อยออกมาจากอวกาศและใช้สมการของพลังค์ นักวิทยาศาสตร์พบว่าค่าอุณหภูมิดังกล่าวมีค่า 2.725 องศาเคลวิน ทั้งนี้แต่ละส่วนของอวกาศจะมีค่าอุณหภูมิที่แตกต่างกันออกไป สำหรับกาแล็คซี่ทางช้างเผือกที่ซึ่งมีโลกอยู่จะมีอุณหภูมิคงข้างอุ่นกว่าอวกาศในส่วนอื่นๆ