温度の測り方

質問

地球より５００kmもはなれた宇宙空間（空気はない）の温度は「マイナスいくら」とか言いますが、その温度はどの様にして測定するのでしょうか。（気温は空気がないから測れない）

回答No.2

kenojisan · ベストアンサー

私は天文学が専門ではない物理系の材料屋さんなので、正確な答えは不明ですが。
うーん、これは難しい問題だと思いますよ。温度をどう定義するかですね。
回答１でも例示されている有名な黒体輻射の3Kは、宇宙空間を飛び回っている電磁波（光）のエネルギーE=kT（kはボルツマン定数、Ｔは絶対温度）から温度換算した値です。ですから、我々が感覚的に考える温度とは少し違います。この定義の場合だと、近くに太陽のような輻射源が有るとそれに加わるエネルギー輻射も有りますから、一定時間、電磁波測定をして平均エネルギーで定義するのでしょうか？
宇宙空間で何か作業でもする為の現実的な温度となると、この定義とはまた違ってきます。実際に何か物質を置いて、その物質が吸収する熱と放出する熱の平衡状態で温度が決まり、物質と電磁波の波長によって吸収率や放出率が異なりますから、宇宙の場所と置く物質で温度は違ってきそうです。
物質の無い宇宙空間での温度の定義は簡単ではない気がします。

回答No.3

First_Noel

まず電磁波の波長毎の強度を測ります．
それを「プランクの式」と言う式に当てはめると，
温度が求まります．
このようにして宇宙空間の温度は，電磁波の強度分布から求めます．

「温度」と言っても，実は状況や対象に応じて，
放射温度，電子温度，電子励起温度，原子温度・・・
いろいろあります．
「熱平衡状態」になったとき，それらは全て一致します．

我々が感じる温度とは，多数の分子の運動エネルギーの統計的な
分布（マクスウェル分布）の形状を一意に決めるパラメータのことです．

「温度」と言うものを物理的に説明しようとすると，
話が長くなってしまうのでこの辺にしておきます（ご興味ありましたら，
また御質問下さるか，又は検索してみて下さい）が，
少なくとも「放射温度」は，ある温度Ｔの物体からはその温度Ｔで表現される
「プランクの式」に従う波長分布の電磁波を放射していますから，
逆に電磁波の強度分布から「温度」を求めることも出来ます．

太陽の表面温度も，太陽の光を「分光」してプランクの式に当てはめて，
６０００℃とか求めています．
昔，鍛冶屋さんが焼けた鉄の色を見て鍛え具合を心得ていたのも，
温度によって出る光の違いを見て判断していました．

回答No.1

apple-man

太陽の光って暖かいですよね。

真空中（宇宙）を伝わってきた太陽の光が
熱を運んできてきれていることは
感覚的にも分かると思います。

　熱と呼ばれているものには
大きく３種類あるんです。

１）輻射熱
２）伝導熱
３）対流熱

　太陽の光が暖かいのは１）、沸騰する
ヤカンをさわると熱いのは２）、空気が
暖かいのは３）です。

１）は光（電磁波）が伝えています
２）は物質中の原子の振動と電子の流れが主な要因です
３）は気体、液体中の分子、原子の
　　運動です。

　人間が温度を測るというのは、これらの
エネルギーを物質の膨脹とか、電気抵抗の
変化のように何かの変化として測定して
いるんです。

　水銀温度計で温度を測るときを考えると、
温度計の周りの空間には１）と３）があります。
温度計の先を手で触れるとか、何かの先に
つけると２）が関係してきます。

　水銀温度計はガラスを伝わって１）、２）が
内部の水銀に伝わります。３）は２）に変換
されてガラス中を伝わります。

　水銀に伝わった熱は、主に３）に変換されて
水銀自体の体積の膨脹として温度計の目盛りに
出てきます。

　真空でも１）はあるんで、何らかの方法で
温度は測れるんです。

＞宇宙空間（空気はない）の温度は「マイナスいくら」とか言いますが、

　宇宙の背景放射３K（絶対温度単位　ケルビン）
＜摂氏にすると－２７０℃＞というのは
１）で、電波望遠鏡などで観測したものです。