Самая низкая температура зафиксирована на Земле

Расположение станции Восток в Антарктиде.

Самая низкая естественная температура, когда-либо зарегистрированная непосредственно на уровне земли на Земле, составляет -89,2 ° C (-128,6 ° F; 184,0 К) на тогдашней советской станции Восток в Антарктиде 21 июля 1983 года по данным наземных измерений. ^[1]

10 августа 2010 года спутниковые наблюдения показали температуру поверхности -92 ° C (-134 ° F; 181 К) на 81 ° 48' ю.ш., 59 ° 18' в.д. / 81,8 ° ю.ш., 59,3 ° в.д. / -81,8; 59,3 , вдоль хребта между Куполом Аргуса и Куполом Фудзи , на высоте 3900 м (12 800 футов). ^[2] О результате было сообщено на 46-м ежегодном собрании Американского геофизического союза в Сан-Франциско в декабре 2013 года; это предварительная цифра, и она может быть пересмотрена. ^[3] Это значение не указано как рекордно низкая температура, поскольку оно было измерено с помощью дистанционного зондирования со спутника, а не с помощью наземных термометров , в отличие от рекорда 1983 года. ^[4] Объявленная температура отражает температуру поверхности льда, в то время как показания Востока измеряли воздух над льдом, поэтому эти два значения нельзя напрямую сравнивать. Более поздние работы ^[5] показывает множество мест в высоких широтах Антарктики, где температура поверхности падает примерно до -98 ° C (-144 ° F; 175 К). Из-за очень сильного градиента температуры у поверхности это означает, что минимальная температура воздуха у поверхности составляет примерно -94 ° C (-137 ° F; 179 К).

Историческое развитие

On 21 January 1838, a Russian merchant named Neverov recorded a temperature of −60 °C (−76 °F; 213 K) in Yakutsk . ^[6] была измерена температура -68 °C (-90 °F; 205 К) 15 января 1885 года Х. Вильд сообщил, что в Верхоянске . ^[6] Более позднее измерение в том же месте в феврале 1892 года показало температуру -69,8 ° C (-93,6 ° F; 203,3 К). Позже советские исследователи объявили о регистрации температуры -67,7 ° C (-89,9 ° F; 205,5 К) в феврале 1933 года в Оймяконе , примерно в 650 км (400 миль) к юго-востоку от Верхоянска; В советских текстах 1940-х годов это измерение сообщалось как рекордно низкое, а предыдущее измерение в Верхоянске было ретроактивно скорректировано до -67,6 ° C (-89,7 ° F; 205,6 К). ^[7]

Следующее надежное измерение было сделано в течение сезона 1957 года на Южнополярной станции Амундсен-Скотт в Антарктиде : -73,6 ° C (-100,5 ° F; 199,6 К) 11 мая и -74,5 ° C (-102,1 ° F; 198,7). К) 17 сентября. ^[6] Следующим мировым рекордно низким значением температуры стало -88,3 °C (-126,9 °F; 184,8 К), измеренное на советской станции Восток в 1968 году на Антарктическом плато . Восток снова побил свой собственный рекорд с показателем -89,2 ° C (-128,6 ° F; 184,0 К) 21 июля 1983 года. ^[8] Это остается рекордом для непосредственно зафиксированной температуры.

Лабораторное охлаждение

Ранние эксперименты

В 1904 году голландский учёный Хайке Камерлинг-Оннес (Нидерланды) специальную лабораторию создал в Лейдене с целью получения жидкого гелия . В 1908 году ему удалось понизить температуру ниже -269 °C (-452,2 F, 4 К), что на четыре градуса выше абсолютного нуля . Только в этом исключительно холодном состоянии гелий будет сжижаться, температура кипения гелия составляет -268,94 ° C (-452,092 F). За свои достижения Камерлинг-Оннес получил Нобелевскую премию . ^[9]

Метод Оннеса основывался на сбросе давления в исследуемых газах, заставляя их охлаждаться за счет адиабатического охлаждения . ^{[ нужна ссылка ]} Это следует из первого закона термодинамики;

$\Delta U=\Delta Q-\Delta W$

где U = внутренняя энергия , Q = тепло, добавленное в систему, W = работа, совершаемая системой.

Рассмотрим газ в ящике заданного объема. Если давление в ящике выше атмосферного, то при открытии газ совершит работу по расширению окружающей атмосферы. Поскольку это расширение адиабатическое и газ совершил работу

$\Delta Q=0$

$\Delta W>0$

$\Rightarrow \Delta U<0$

Теперь, когда внутренняя энергия уменьшилась, уменьшилась и температура. ^{[ нужна ссылка ]}

Современные эксперименты

По состоянию на ноябрь 2000 года ядерного спина , сообщалось о температуре Хельсинкского технологического университета в ходе эксперимента, проведенного в лаборатории низких температур ниже 100 пК. Однако это была температура одного конкретного типа движения — квантового свойства, называемого ядерным спином, — а не общая средняя термодинамическая температура для всех возможных степеней свободы. ^[10] При таких низких температурах понятие « температура » становится многогранным, поскольку нельзя предполагать, что молекулярное движение усредняется по степеням свободы. ^{[ нужна ссылка ]} Соответствующее пиковое излучение будет приходиться на радиоволны, а не на привычное инфракрасное излучение, поэтому оно очень неэффективно поглощается соседними атомами, что затрудняет достижение теплового равновесия.

Лаборатория низких температур зафиксировала рекордно низкую температуру в 100 пК , или 1,0 × 10 ⁻¹⁰ К. в 1999 году. ^[11]

Существующий аппарат для достижения низких температур имеет две ступени. На первом этапе используется холодильник для разбавления гелия для достижения температур милликельвинов, затем на следующем этапе используется адиабатическое ядерное размагничивание для достижения пикокельвинов. ^[11]

Чрезвычайно низкие температуры полезны для наблюдения квантово-механических фаз материи, таких как сверхтекучие жидкости и конденсаты Бозе-Эйнштейна , которые могут быть разрушены тепловым движением.

См. также

Ссылки

^ Тернер, Дж.; Андерсон, П.; Лахлан-Коуп, Т.; Колвелл, С.; Филлипс; Кирхгесснер, Алабама; Маршалл, Дж.Дж.; Кинг, Джей Си; Брейсгедл, Т.; Воган, генеральный директор; Лагун, В.; Орр, А. (2009). «Рекордно низкая температура приземного воздуха на станции Восток, Антарктида» (PDF) . Журнал геофизических исследований . 114 (Д24): Д24102. Бибкод : 2009JGRD..11424102T . дои : 10.1029/2009JD012104 .
^ «Спутник Landsat 8 НАСА-USGS обнаружил самые холодные места на Земле» . НАСА . 9 декабря 2013 года . Проверено 10 декабря 2013 г.
^ «Самое холодное место на Земле обнаружено спутником» . Би-би-си . 9 декабря 2013 года . Проверено 10 декабря 2013 г.
^ «Мировой рекорд холода в Антарктиде?» . США сегодня . 9 декабря 2013 года . Проверено 10 декабря 2013 г.
^ Скамбос, штат Калифорния; Кэмпбелл, Дж.Г.; Поуп, А.; Харан, Т.; Муто, А.; Лаззара, М.; Реймер, Швейцария; Ван Ден Брук, MR (2018). «Сверхнизкие температуры поверхности в Восточной Антарктиде по данным спутникового теплового инфракрасного картографирования: самые холодные места на Земле» . Письма о геофизических исследованиях . 45 (12): 6124–6133. Бибкод : 2018GeoRL..45.6124S . дои : 10.1029/2018GL078133 . hdl : 1874/367883 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Нина Степанова (30 января 1958 г.). «О самых низких температурах на Земле» (PDF) . НОАА . Проверено 10 декабря 2013 г.
^ «Самое холодное место на земле». Полярный рекорд . 6 (46): 821–822. 2009. doi : 10.1017/S0032247400048592 . S2CID 128185172 .
^ «Мир: Самая низкая температура» . Всемирная метеорологическая организация . Архивировано из оригинала 16 июня 2010 года . Проверено 10 декабря 2013 г.
^ «Нобелевская премия по физике 1913 года» .
^ Экспериментальные методы и результаты подробно представлены в книге D.Sc Тауно А. Кнууттила. диссертацию, доступ к которой можно получить на сайте Aaltodoc . Пресс-релиз университета о своем достижении здесь.
^ Перейти обратно: ^а ^б «Мировой рекорд по низким температурам» . Архивировано из оригинала 18 июня 2009 года . Проверено 13 февраля 2019 г.

Внешние ссылки

Подробности эксперимента HUT, включая детали криостата.

[1] Тернер, Дж.; Андерсон, П.; Лахлан-Коуп, Т.; Колвелл, С.; Филлипс; Кирхгесснер, Алабама; Маршалл, Дж.Дж.; Кинг, Джей Си; Брейсгедл, Т.; Воган, генеральный директор; Лагун, В.; Орр, А. (2009). «Рекордно низкая температура приземного воздуха на станции Восток, Антарктида» (PDF) . Журнал геофизических исследований . 114 (Д24): Д24102. Бибкод : 2009JGRD..11424102T . дои : 10.1029/2009JD012104 .

[2] «Спутник Landsat 8 НАСА-USGS обнаружил самые холодные места на Земле» . НАСА . 9 декабря 2013 года . Проверено 10 декабря 2013 г.

[bbc-3] «Самое холодное место на Земле обнаружено спутником» . Би-би-си . 9 декабря 2013 года . Проверено 10 декабря 2013 г.

[usatoday-4] «Мировой рекорд холода в Антарктиде?» . США сегодня . 9 декабря 2013 года . Проверено 10 декабря 2013 г.

[5] Скамбос, штат Калифорния; Кэмпбелл, Дж.Г.; Поуп, А.; Харан, Т.; Муто, А.; Лаззара, М.; Реймер, Швейцария; Ван Ден Брук, MR (2018). «Сверхнизкие температуры поверхности в Восточной Антарктиде по данным спутникового теплового инфракрасного картографирования: самые холодные места на Земле» . Письма о геофизических исследованиях . 45 (12): 6124–6133. Бибкод : 2018GeoRL..45.6124S . дои : 10.1029/2018GL078133 . hdl : 1874/367883 .

[noaa-6] Перейти обратно: ^а ^б ^с Нина Степанова (30 января 1958 г.). «О самых низких температурах на Земле» (PDF) . НОАА . Проверено 10 декабря 2013 г.

[7] «Самое холодное место на земле». Полярный рекорд . 6 (46): 821–822. 2009. doi : 10.1017/S0032247400048592 . S2CID 128185172 .

[8] «Мир: Самая низкая температура» . Всемирная метеорологическая организация . Архивировано из оригинала 16 июня 2010 года . Проверено 10 декабря 2013 г.

[9] «Нобелевская премия по физике 1913 года» .

[10] Экспериментальные методы и результаты подробно представлены в книге D.Sc Тауно А. Кнууттила. диссертацию, доступ к которой можно получить на сайте Aaltodoc . Пресс-релиз университета о своем достижении здесь.

[recordcold-11] Перейти обратно: ^а ^б «Мировой рекорд по низким температурам» . Архивировано из оригинала 18 июня 2009 года . Проверено 13 февраля 2019 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]