Jaká je nejnižší teplota ve vesmíru

Vesmír je místem extrémů. Na jedné straně zde mohou panovat teploty milionů stupňů v jádrech hvězd, na druhé straně se nacházejí oblasti s teplotami blížícími se absolutní nule. Jaká je tedy nejnižší teplota, jaké může být dosaženo ve vesmíru? A existuje místo, kde je chladněji než kdekoliv jinde? Pojďme si tyto fascinující otázky rozebrat do detailu.

Absolutní nula – nejnižší možná teplota

Absolutní nula je teoretická nejnižší možná teplota, kterou může hmota dosáhnout. Vyjadřuje se jako 0 kelvinů (-273,15 °C nebo -459,67 °F). Při této teplotě se zastavuje pohyb atomů, což znamená, že veškerá tepelná energie mizí.

V praxi však není možné absolutní nuly dosáhnout, ačkoliv se vědci přibližují velmi blízko. Jakmile se látka přiblíží k absolutní nule, její chování se dramaticky mění a objevují se podivné kvantové jevy, jako je supravodivost nebo superfluidita.

Nejchladnější místo ve vesmíru

Nejchladnější přirozeně se vyskytující místo ve vesmíru je Bumerangova mlhovina ve vzdálenosti přibližně 5 000 světelných let od Země v souhvězdí Kentaura. Její teplota byla změřena na přibližně 1 kelvin (-272,15 °C), což je chladnější než reliktní záření, které prostupuje celý vesmír.

Proč je tak extrémně chladná? Odpověď tkví ve hvězdě, která mlhovinu tvoří. Umírající hvězda v jejím středu vyvrhuje plyn tak rychle, že se dramaticky ochlazuje díky adiabatické expanzi – podobně jako se chladí vzduch ve spreji, když ho uvolníme.

Nejnižší teploty dosažené člověkem

V laboratořích na Zemi se podařilo dosáhnout teplot nižších než v přirozeném vesmíru. Nejchladnější laboratoř na světě, umístěná na palubě Mezinárodní vesmírné stanice (ISS), známá jako Cold Atom Lab, dosáhla v roce 2018 teploty pouhých 100 pikokelvinů (0,0000000001 K) nad absolutní nulou.

Dalším rekordem je pokus na univerzitě MIT, kde se podařilo ochladit atomy sodíku a draslíku na 500 nanokelvinů (0,0000005 K), což je extrémně blízko absolutní nule.

Co by se stalo při absolutní nule?

Pokud bychom hypoteticky dosáhli přesné absolutní nuly, veškerá tepelná energie by zmizela. Atomární pohyb by se zastavil, což by mělo extrémní důsledky pro fyziku, jak ji známe.

V běžném světě si neumíme představit hmotu bez jakéhokoliv pohybu. I ve vesmíru, kde teplota klesne na extrémní hodnoty, existuje stále alespoň nepatrná pohybová energie částic. Proto absolutní nula zůstává teoretickým konceptem.

Jak se měří teploty ve vesmíru

Měření teplot ve vesmíru není jednoduché, protože v kosmickém vakuu není žádný vzduch, který by přenášel teplo. Astronomové proto využívají speciální metody, které umožňují zjišťovat teplotu objektů na dálku.

Infračervená astronomie

Jedním z hlavních nástrojů pro měření teplot ve vesmíru jsou infračervené dalekohledy, jako byl Spitzerův vesmírný teleskop nebo je současný James Webbův vesmírný teleskop (JWST). Infračervené záření je přímo spojené s teplotou objektů – čím chladnější objekt, tím delší vlnovou délku infračerveného záření vyzařuje.

Díky infračerveným teleskopům mohou vědci zkoumat například chladné mlhoviny, protoplanetární disky nebo slabě zářící trpasličí planety, které by jinak byly neviditelné.

Měření pomocí reliktního záření

Další metodou je měření kosmického mikrovlnného pozadí (CMB – Cosmic Microwave Background). Toto záření je pozůstatkem Velkého třesku a prostupuje celý vesmír s velmi homogenní teplotou 2,73 kelvinů. Malé odchylky v teplotě CMB pomáhají vědcům pochopit raný vývoj vesmíru.

Spektrální analýza hvězd a galaxií

Spektrální analýza je dalším klíčovým nástrojem při měření teplot. Světlo, které přichází z hvězd nebo galaxií, obsahuje specifické spektrální čáry, které odpovídají určitým chemickým prvkům. Podle jejich posunutí a intenzity lze určit teplotu daného objektu.

Nejchladnější objekty ve vesmíru

Kromě Bumerangovy mlhoviny existují ve vesmíru i další extrémně chladné objekty.

Hnědí trpaslíci – „nepovedené hvězdy“

Hnědí trpaslíci jsou objekty, které jsou příliš malé na to, aby v jejich jádře probíhala jaderná fúze jako ve hvězdách. Mají velikost mezi planetami a hvězdami, ale jejich teplota je velmi nízká.

Například hnědý trpaslík WISE 0855–0714, který se nachází asi 7,2 světelných let od Země, má povrchovou teplotu pouze -23 °C až -48 °C – což je méně než teplota některých oblastí na Zemi v zimě!

Mračna molekulárního vodíku

Dalšími chladnými oblastmi ve vesmíru jsou obří mračna molekulárního vodíku, kde vznikají nové hvězdy. Teploty v těchto oblacích mohou klesnout až na 10 kelvinů (-263,15 °C), což umožňuje formování složitých molekul, včetně organických sloučenin potřebných pro život.

Jak extrémní chlad ovlivňuje vesmírné mise

Extrémní teploty ve vesmíru představují výzvu pro kosmické sondy a teleskopy. Například:

Hubbleův vesmírný teleskop pracuje ve vakuu, kde teploty mohou kolísat od -250 °C ve stínu až po +120 °C na přímém slunečním světle. Proto má tepelnou izolaci a ochranné vrstvy.
Mise Voyager cestují mezihvězdným prostorem, kde je teplota blízko 3 K. Aby jejich elektronika fungovala, mají radioizotopové termoelektrické generátory, které vyrábějí teplo z rozpadu plutonia.
James Webbův teleskop má obrovský sluneční štít, který ho chrání před zahřátím a udržuje infračervené detektory v extrémním chladu při teplotě kolem 50 K.

Může být něco chladnějšího než absolutní nula?

Zatímco absolutní nula je považována za nejnižší možnou teplotu, fyzikové zjistili, že v jistých podmínkách lze vytvořit systémy s tzv. zápornými teplotami.

To neznamená, že jsou „chladnější“ než absolutní nula – ve skutečnosti mají zvláštní vlastnosti, kdy částice vykazují inverzní chování, například místo rozpínání se spontánně stlačují. Tyto systémy existují jen ve velmi specifických laboratorních podmínkách a nemají přímý protějšek ve vesmíru.

Vesmír obsahuje extrémně chladná místa, z nichž nejstudenější přirozeně existující oblast je Bumerangova mlhovina s teplotou 1 K. Vědci ale dokázali v laboratořích vytvořit ještě nižší teploty, čímž se přiblížili absolutní nule.

Studium extrémního chladu pomáhá nejen lépe pochopit vesmír, ale také využívat kvantové jevy v moderních technologiích, jako jsou supravodiče, kvantové počítače nebo extrémně přesné hodiny.

Jak může extrémní chlad ovlivnit život ve vesmíru?

Vesmírný chlad je pro život obrovskou výzvou. Většina forem života, jak je známe, potřebuje kapalnou vodu, která se v extrémním chladu mění na led. Nicméně vědci spekulují, že by mohly existovat organismy, které by dokázaly přežít i v extrémně nízkých teplotách – například pomocí antifreeze proteinů, které zabraňují zamrzání buněk.

Mohou existovat životní formy v hlubokém vesmíru?

Na Zemi existují extrémofilní organismy, které přežívají v nehostinných podmínkách, například v ledových mořích Antarktidy nebo v trvale zmrzlé půdě Sibiře. Tyto organismy dokazují, že život se dokáže přizpůsobit extrémně nízkým teplotám.

Některé hypotézy naznačují, že by mohl existovat život na:

Podzemních oceánech ledových měsíců jako Europa (Jupiter) nebo Enceladus (Saturn), kde voda zůstává kapalná pod vrstvou ledu díky vnitřnímu geotermálnímu ohřevu.
V atmosférách plynných obrů, kde by teoreticky mohly přežívat mikroskopické organismy pohybující se mezi vrstvami atmosféry.
Na exoplanetách s nízkými teplotami, kde by mohl existovat život založený na jiných rozpouštědlech než vodě, například na metanu nebo amoniaku.

Využití extrémního chladu v technologii

Extrémně nízké teploty nejsou jen výzvou, ale mohou být i užitečným nástrojem pro vědu a technologie.

Supravodivost – Při teplotách blízkých absolutní nule dochází k supravodivosti, což znamená, že materiály vedou elektřinu bez odporu. To je klíčové pro kvantové počítače nebo vysoce účinné magnety používané v lékařství (MRI skenery).
Kvantové počítače – Mnohé kvantové systémy fungují pouze při extrémně nízkých teplotách, protože teplo ruší kvantové stavy částic.
Uchovávání biologických vzorků – Kryogenní technologie umožňují dlouhodobé uchování tkání, vajíček, spermií nebo dokonce celých organismů (kryoprezervace).

Mohlo by lidstvo přežít v extrémním chladu?

Jedním z nejtajemnějších konceptů je kryospánek – myšlenka, že by lidé mohli být uloženi do hlubokého chladu a později „oživeni“. To by mohlo umožnit dlouhé mezihvězdné lety bez stárnutí astronautů. Zatím je tato technologie ve fázi experimentů, ale pokusy s některými druhy žab a želvušek (tardigrades) naznačují, že některé organismy dokážou přežít hluboké zmrazení a následně se vrátit k životu.

Extrémní chlad je tedy nejen fascinující přírodní jev, ale také klíč k porozumění vesmíru, pokročilým technologiím a možná i budoucnosti lidstva v hlubokém vesmíru.

Faktor	Popis	Vliv na život	Využití v technologiích
Teplota hlubokého vesmíru	-270,45 °C (těsně nad absolutní nulou)	Život, jak ho známe, zde nemůže přežít bez ochrany	Používá se pro testování vesmírných sond a supravodivých materiálů
Kryofily	Organismy, které přežívají v extrémním chladu	Mikroby v ledu Antarktidy dokazují možnost života v podobných podmínkách na jiných planetách	Studium těchto organismů pomáhá při vývoji léků a konzervačních metod
Ledové měsíce	Europa (Jupiter), Enceladus (Saturn)	Možnost podzemních oceánů s tekutou vodou, potenciál pro mimozemský život	Zkoumání těchto těles pomocí sond, jako je JUICE a Europa Clipper
Supravodivost	Nulový elektrický odpor při nízkých teplotách	Nemá přímý vliv na život, ale může podporovat nové technologie	Magnetická levitace, vysoce účinné elektrické sítě
Kryoprezervace	Zmrazování buněk, tkání a embryí	Umožňuje uchování vzorků a potenciálně i kryospánek	Uchovávání orgánů, genové banky, potenciální mezihvězdné cestování
Kvantové počítače	Fungují pouze při extrémně nízkých teplotách	Přímý vliv na život není, ale umožňuje pokročilé simulace	Výpočty, šifrování, AI, vědecké simulace
Mrazivá atmosféra Titanu	-179 °C, kapalný metan místo vody	Možná exotická forma života, založená na metanu	Zkoumání Titanu pomocí sondy Dragonfly
Kryogenní pohony	Paliva skladovaná při extrémním chladu	Nemá přímý vliv na život, ale umožňuje průzkum vesmíru	Rakety SpaceX, NASA, pohon budoucích misí na Mars
Hibernace astronautů	Výzkum dlouhodobého spánku ve vesmíru	Mohlo by pomoci přežít dlouhé meziplanetární mise	Testuje se v rámci příprav na lety na Mars
Antifreeze proteiny	Bílkoviny zabraňující zamrzání buněk	Mohly by umožnit život v extrémně chladných podmínkách	Biotechnologie, vývoj nových metod ochrany tkání
Kryoboty	Roboti navržené k průzkumu ledových oceánů	Mohou pomoci hledat život pod ledem Europy nebo Enceladu	NASA a ESA vyvíjejí sondy schopné vrtání ledových vrstev
Temná hmota a chlad	Extrémně nízké teploty mohou pomoci detekovat temnou hmotu	Nemá přímý vliv na život, ale může pomoci pochopit vesmír	Vědecké experimenty jako XENON1T, ADMX
Termální ochrana ve vesmíru	Speciální materiály chránící před extrémním chladem	Bez ní by nebylo možné přežít na Měsíci či Marsu	Vyvíjeny nové izolace pro skafandry a moduly
Radiace a chlad	Extrémní chlad může ovlivnit chování radiace	Možnost nových forem ochrany před kosmickým zářením	Zkoumáno pro budoucí kolonizaci Marsu a vesmírných stanic
Hypotetické silikonové organismy	Teoretická možnost života založeného na křemíku místo uhlíku	Mohly by přežít v extrémním chladu	Studováno v rámci astrobiologie a exoplanetárního výzkumu

Prohlédněte si veškeré naše rubriky:

Dům a zahrada (Dům | Zahrada)
Hobby (Astronomie a věda | Auto-moto | Finance | Gastronomie | Historie | Kultura | Péče o tělo | Sport | Zdraví | Zvířata)
Hračky a zábava
Móda
Rodina a děti
Ostatní články