Mặt trời làm Trái đất nóng lên nhưng tại sao trong không gian lại lạnh?

Không gian trong Hệ Mặt trời của chúng ta vô cùng lạnh dù nó ở gần quả cầu lửa có nhiệt độ lên tới hàng triệu độ C.

Câu hỏi tưởng chừng đơn giản, nhưng nó mở ra cánh cửa cho một cuộc khám phá hấp dẫn về cơ chế truyền nhiệt trong vũ trụ.

Trong không gian cực kỳ lạnh, nền nhiệt độ trung bình là âm 270,45⁰C. Ngược lại, Mặt trời lại là một nguồn nhiệt đáng kinh ngạc.

Lõi của nó có nhiệt độ vượt quá 15 triệu độ C, trong khi bề mặt, được gọi là quang quyển, đạt tới khoảng 5.500⁰C và quầng quang Mặt trời (nằm xa ngoài quang quyển), có nhiệt độ 3,5 triệu độ C.

Mặt trời có sức nóng lên tới hàng chục triệu độ C. (Ảnh minh họa: Futura Science).

Nhưng tại sao không gian trong Hệ Mặt trời của chúng ta không nóng với nhiệt độ cực cao do Mặt trời tạo ra?

Sự nhầm lẫn thường nảy sinh từ ý tưởng trực quan rằng, Mặt trời hoạt động giống như một ngọn lửa khổng lồ, trực tiếp làm nóng các vật thể ở gần nó. Tuy nhiên, quá trình này khác nhau trong không gian.

Sự tương tác với bầu khí quyển

Sức nóng mà chúng ta cảm nhận được trên Trái đất là do bức xạ do Mặt trời phát ra, bao gồm nhiều bước sóng khác nhau trên phổ điện từ và cả ánh sáng khả kiến, các bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong vùng quang phổ nhìn thấy được bằng mắt thường của con người. Bức xạ này tương tác với các hạt có trên Trái đất.

Nói cách khác, sức nóng mà chúng ta cảm nhận được trên bề mặt hành tinh Xanh chủ yếu đến từ sự tương tác của các photon do Mặt trời phát ra với các hạt có trong bầu khí quyển của Trái đất.

Cụ thể, sự tương tác này dẫn đến quá trình hấp thụ năng lượng của chúng. Nó kích thích các hạt rung động dẫn đến sự khuấy trộn phân tử tăng lên, kéo theo sự gia tăng của nhiệt độ.

Quá trình này gây ra sự nóng lên của khí quyển. Tương tự như vậy, khi năng lượng này tới bề mặt Trái đất, nó sẽ bị hấp thụ, dẫn đến sự kích thích của các hạt trên bề mặt và làm hành tinh chúng ta nóng lên.

Tuy nhiên, trong không gian gần như hoàn toàn chân không, có rất ít hạt mà bức xạ Mặt trời có thể tương tác. Do đó, không có đủ vật chất để được làm nóng trực tiếp bằng bức xạ, tạo ra cảm giác lạnh lẽo.

Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là không gian không có nhiệt độ. Một vật thể, chẳng hạn như tàu thăm dò không gian, trên đường đi của bức xạ Mặt trời thực sự có thể bị nung nóng như các tấm chắn từ  của NASA sẽ phải chịu sức nóng với nhiệt độ lên đến 1.400⁰C khi nó đến gần Mặt trời.