Domanda interessante questa sulla temperatura del vuoto. Come prima cosa distinguiamo tra temperatura termodinamica e temperatura equivalente e mi scusi il lettore se dico cose che già conosce. Un corpo solido assume una certa temperatura a seconda del grado di agitazione raggiunto dalle molecole che lo compongono. Le molecole si agitano rispetto a una posizione di equilibrio proporzionalmente all’energia che il corpo assume dall’esterno. L’esposizione ad una fiamma fa aumentare la temperatura dell’acqua nella pentola fino a che questa bolle. La sabbia della spiaggia, fredda al mattino, dopo essere stata esposta ai raggi solari verso il mezzogiorno scotta. Da queste affermazioni si deduce che il calore è energia e può essere trasmesso sia attraverso combustione chimica (il riscaldamento della pentola) che per conduzione (tra il fondo della pentola e l’acqua in essa contenuta) oppure per irraggiamento, cioè deposizione di energia sui granelli di sabbia attraverso l’assorbimento dei fotoni solari. Il calore si genera anche per attrito, ad esempio battendo con un martello un metallo o vigorosamente piegando con le mani un filo di ferro.
I corpi, solidi, liquidi o gassosi, così scaldati, assumono una certa temperatura che si misura trasferendo parte dell’energia accumulata, il calore, ad uno strumento sensibile e graduato, il termometro opportunamente tarato.
Per contro sulla superficie del Sole, ad esempio, abbiamo un gas la cui temperatura raggiunge i 6000 gradi centigradi. Un gas in queste condizioni non è più formato di atomi ma di ioni, è ionizzato. Gli atomi che compongono il gas sono completamente disgregati, a causa dei moti frenetici prodotti dall’energia assorbita, gli atomi si scontrano in continuazione spezzando i legami elettrici che tengono elettroni e nuclei insieme; gli elettroni sono liberi e i nuclei vagano in un mare di questi elettroni.
Un gas ionizzato in simili condizioni viene chiamato plasma. La temperatura che ho citato non è propriamente analoga a quella della sabbia o della pentola. Non esistono termometri materiali che rimangano interi a 6000 gradi, anche il ferro fonde a temperature inferiori. Cosa intendiamo quindi per un plasma a 6000 gradi?
Intendiamo una misura che esprime l’energia dei fotoni che vengono emessi da quel gas. La temperatura del plasma solare la si misura osservando il gas da lontano con uno spettroscopio. Sappiamo dalla fisica e dalla chimica quali sono le energie necessarie per ionizzare ogni elemento, anzi ogni livello atomico di ogni elemento. L’osservazione dello spettro emesso dal gas ionizzato rivela righe in assorbimento (scure) come righe di emissione (brillanti) di ogni elemento presente. Dall’intensità di quelle righe si risale all’energia necessaria al gas per crearle tramite urti dei vari atomi tra loro. Questa energia, spiega la fisica, è proporzionale alla temperatura, che abbiamo definita equivalente, corrispondente a 6000 gradi centigradi.
Adesso portiamoci dove chiede il lettore: nello spazio cosmico, lontano da stelle e pianeti in una zona remota della Galassia o, addirittura, fuori dalla Galassia. La domanda da porre è: cosa può riscaldare la tuta e di conseguenza l’astronauta che contiene? Nello spazio cosmico non c’è il vuoto. La densità di materia è sì bassa, anzi bassissima, ma la densità di energia non è trascurabile. Nello spazio cosmico, infatti, troviamo i raggi cosmici, particelle elementari, elettroni, protoni, nuclei di elementi più pesanti dell’idrogeno, neutrini. Neutrini a parte (non hanno massa e non interagiscono facilmente) le altre particelle se impattano sullo scafandro dell’astronauta quasi certamente cedono tutta la loro energia al materiale della tuta. Sapendo la densità media dei raggi cosmici, circa una particella per centimetro cubo e l’energia media delle particelle cosmiche, tra un milione e un miliardo di elettroni volt, si può stimare quanta energia assorbe l’astronauta. Va però tenuto conto che l’astronauta nella sua tuta, anche se bene isolata, ha una sua temperatura, molto elevata rispetto all’ambiente e cede energia all’ambiente circostante in continuazione sotto forma di irraggiamento infrarosso. Questo bilancia se non eccede l’energia acquistata dai raggi cosmici.
Nello spazio interstellare si trovano grani di polvere che potrebbero impattare sull’astronauta. Sono però pochi, circa uno per metro cubo e non contano quindi un gran che. Troviamo poi molta radiazione elettromagnetica: luce, anche se poca dalle stelle e galassie lontane, emissione di onde radio dagli elettroni intrappolati dai campi magnetici, che sono dappertutto, e che irraggiano grazie ad un meccanismo detto sincrotrone. La componente più importante però è una componente di radiazione a microonde la cui temperatura equivalente è però bassissima 2,75 gradi Kelvin corrispondenti a circa –270 gradi centigradi. Di dove viene questa radiazione? Ma dall’Universo! Dal big bang primordiale che, attraverso l’espansione che è in atto da almeno 13 miliardi di anni si è raffreddata fino a –270 gradi.
Conclusione: nello spazio vuoto ci sono molte componenti che possono depositare energia “scaldando” l’astronauta ma i meccanismi di raffreddamento dell’astronauta sono sicuramente più efficienti e, al passare del tempo l’astronauta si raffredda. Considerando invece un cubetto di spazio, la temperatura equivalente dovuta alle diverse componenti radiative o particellari che siano si può dire che è tra i 3 e i 5 gradi Kelvin ovvero tra –270 e –268 gradi centigradi. Se è in cerca di un posto dove passare le vacanze estive le consiglio le spiagge di Rimini anche se più affollate dello spazio.