为什么宇宙高温无上限低温却有（为何宇宙中的气体能保持10万度高温）

在浩瀚的宇宙中有一些极热和极冷的地方。恒星表面非常热，太阳光球层温度有5777K（开尔文），一些大型恒星表面的温度大约有50000K，而那些明亮的类星体表面温度甚至高达10万亿K。宇宙的另一些地方又极其寒冷，目前科学家探测到的一些星云温度只有1K（相当于-272.15℃），这已经接近了温度的最下限。

银河系中一些稠密星云温度极低

许多人都觉得茫茫宇宙是极冷的地方，如果你离恒星远，就不会感觉到温暖。一个典型的例子就是冥王星，由于与太阳的距离比地球远40倍，它的表面平均温度只有-223℃（50K），是一颗不折不扣的冰冻星球。

太空中不只有恒星、黑洞、行星和大大小小的石块，还有许多灰尘和气体。理论上的绝对真空并不存在，实际上星际空间到处都是各种气体分子或原子，它们被称为星际介质，只是相对于地面而言它们太过于稀薄，于是在很多时候我们都视而不见罢了。

我们能看见的星空只是宇宙的一小部分

在星际介质中，冷的分子云只占不到5%，其余的都是炙热的气体。这些气体的密度很低，每10立方厘米空间大约只有不到2个粒子，但它们的温度却常常高达8000~10000K，而在星系周围几十万光年的冠状气体区域更是充斥着10万度高温的热电离粒子。

银河系周围充斥着高温气体

这些粒子是如何在太空中保持极高温度的呢？

我们都有这样一个生活体验：一杯热水在炎炎盛夏里冷却的很慢，但在冬天很快就能变凉，而如果你在严寒中将开水撒向空中，它能瞬间化为冰晶。这是因为水与周边环境的温度差导致热量散失得更快。

撒冰花，热水迅速冷却成冰晶

热能通常以三种形式进行传递：热传导、热对流和热辐射。在寒冷的冬天，杯子里开水的热量通过传导和对流传递到周围的空气分子，热水与空气分子间的温度差越大，传递的速度就越快；而热水的辐射能是通过光子向外发射的，无论是炎炎盛夏还是凛凛寒冬，热水的热辐射速度变化都不大。

如何让开水的热量慢一点流失？你一定想到了保温瓶。它有一个很薄的真空内胆，可以将水与同周围的空气隔绝开来，这就截断了热传导与热对流的通道；真空内胆的壁上镀了一层反光层，这个反光层可以将热水释放出来的光子大部分反射回去，于是热水瓶可以长时间保温。

热水瓶的保温原理

在星际空间里，粒子之间的空隙很大，它们无法通过热传导来散发热能，也不能形成热对流，所以，星际介质的热能都是通过向外辐射光子传递出去的。

宇宙中90%以上的物质是氢，星际介质也大多由氢原子分子状态的氢气构成。这些氢会被加热，从而获得极高的温度，当温度足够高时，氢会变成等离子态。

宇宙蕴含着强大的能量，恒星和超新星爆炸会释放大量宇宙射线，其中携带着几兆电子伏特的低能宇宙射线在星际空间里穿行，当撞击气体粒子时，它会将粒子电离并将能量传递给这些粒子。粒子获得能量后迅速升温，并向外释放电子和光子。

宇宙射线持续加热星际介质

光子同样也可以被气体粒子吸收。星光中含有高能γ射线、X射线和其它高能量的光子，这些光子可以是恒星发出的，也可能来自黑洞和类星体的喷射，还有可能来自于另一个氢原子电离后释放出来的能量，所有这些能量都能加热星云中的粒子。

炙热恒星发出的紫外线可以剥离尘埃和气体粒子上的电子，当这些电子轰击另一些粒子时，就能将它们的动能传递出去，从而加热气体粒子。

炙热的星云

说起银河系，许多人都知道它是一个扁平形状的螺旋星系。实际上当我们用X射线望远镜观测银河，就会发现在它核心的两极有两个向外扩散的巨大气泡一直延伸到5万光年远的地方。这两个气泡里气体的温度超过10万开尔文，它是由银河中心巨大黑洞喷射的γ射线和X射线持续加热造成的热电离冠状气体球。

银河系两极巨大气泡温度超过100000K

宇宙空间看似空旷，实际上充满着各种气体，这些气体粒子不断吸收光子能量，同时被宇宙射线加热到极高的温度，同时由于它们只能通过辐射光子来释放能量，因此气体粒子就像热水瓶里的开水一样，在几十亿年漫长的时间里保持着高温。