Самая низкая естественная температура, когда-либо непосредственно зарегистрированная на уровне земли на Земле , составила -89,2 °C (-128,6 °F; 184,0 K) на тогда еще 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 K) в точке с координатами 81°48′S 59°18′E / 81,8°S 59,3°E / -81,8; 59,3 , вдоль хребта между куполом Аргус и куполом Фудзи , на высоте 3900 м (12 800 футов) над уровнем моря. [2] Результат был представлен на 46-м ежегодном собрании Американского геофизического союза в Сан-Франциско , Калифорния, в декабре 2013 года; это предварительная цифра, которая может быть пересмотрена. [3] Значение не указано как рекордно низкая температура, поскольку оно было измерено с помощью дистанционного зондирования со спутника, а не наземными термометрами , в отличие от записи 1983 года. [4] Объявленная температура отражает температуру поверхности льда, в то время как показания Востока измеряли воздух надо льдом, и поэтому эти два показателя напрямую не сопоставимы. Более поздняя работа [5] показывает много мест в высокой Антарктиде, где температура поверхности падает примерно до -98 °C (-144 °F; 175 K). Из-за очень сильного градиента температуры вблизи поверхности они подразумевают минимальную температуру воздуха вблизи поверхности примерно в -94 °C (-137 °F; 179 K).
21 января 1838 года русский купец по имени Неверов зафиксировал температуру −60 °C (−76 °F; 213 K) в Якутске . [6] 15 января 1885 года Х. Вильд сообщил, что в Верхоянске была измерена температура −68 °C (−90 °F; 205 K) . [6] Более позднее измерение в том же месте в феврале 1892 года было зарегистрировано как −69,8 °C (−93,6 °F; 203,3 K). Советские исследователи позже объявили о регистрации −67,7 °C (−89,9 °F; 205,5 K) в феврале 1933 года в Оймяконе , примерно в 650 км (400 миль) к юго-востоку от Верхоянска; Это измерение сообщалось в советских текстах вплоть до 1940-х годов как рекордно низкое, а предыдущее измерение из Верхоянска было задним числом скорректировано до -67,6 °C (-89,7 °F; 205,6 K). [7]
Следующее надежное измерение было сделано в течение сезона 1957 года на станции Амундсена-Скотта на Южном полюсе в Антарктиде , дав −73,6 °C (−100,5 °F; 199,6 K) 11 мая и −74,5 °C (−102,1 °F; 198,7 K) 17 сентября. [6] Следующим мировым рекордом низкой температуры было показание −88,3 °C (−126,9 °F; 184,8 K), измеренное на советской станции Восток в 1968 году на Антарктическом плато . Восток снова побил свой собственный рекорд, показав показание −89,2 °C (−128,6 °F; 184,0 K) 21 июля 1983 года. [8] Это остается рекордом для напрямую зарегистрированной температуры.
В 1904 году голландский ученый Хайке Камерлинг-Оннес создал специальную лабораторию в Лейдене в Нидерландах с целью получения жидкого гелия . В 1908 году ему удалось понизить температуру до менее чем −269 °C (−452,2 F, 4 K), что на четыре градуса выше абсолютного нуля . Только в этом исключительно холодном состоянии гелий может превратиться в жидкость; точка кипения гелия составляет −268,94 °C (−452,092 F). Камерлинг-Оннес получил Нобелевскую премию за свое достижение. [9]
Метод Оннеса основывался на снижении давления исследуемых газов, что приводило к их охлаждению путем адиабатического охлаждения . [ необходима ссылка ] Это следует из первого закона термодинамики;
где U = внутренняя энергия , Q = тепло, добавленное к системе, W = работа, выполненная системой.
Рассмотрим газ в коробке заданного объема. Если давление в коробке выше атмосферного, то при открытии газ будет выполнять работу над окружающей атмосферой по расширению. Поскольку это расширение адиабатическое и газ выполнил работу
Теперь, когда внутренняя энергия уменьшилась, уменьшилась и температура. [ необходима цитата ]
По состоянию на ноябрь 2000 года в ходе эксперимента в Лаборатории низких температур Хельсинкского технологического университета были зарегистрированы температуры ядерного спина 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 предположить, что молекулярное движение усредняется по степеням свободы. [ требуется ссылка ] Соответствующее пиковое излучение будет в радиоволнах, а не в привычном инфракрасном диапазоне, поэтому оно очень неэффективно поглощается соседними атомами, что затрудняет достижение теплового равновесия.
В 1999 году Лаборатория низких температур зафиксировала рекордно низкую температуру 100 пК , или 1,0 × 10−10 К. [11]
Текущий аппарат для достижения низких температур имеет два этапа. Первый использует гелиевый рефрижератор для достижения температур в милликельвины, затем следующий этап использует 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 были бы нарушены тепловым движением.
