宇宙真的很冷嗎？
― 真空，是最不擅長奪走熱量的地方
電影裡，被拋到太空中的人會瞬間結凍。但實際的宇宙，其實是「冷卻能力」很弱的地方。因為那裡沒有能傳遞熱量的空氣。太空衣和太空站真正頭痛的，反而是該怎麼把熱排出去。
早上泡的熱茶，放在保溫瓶裡到了傍晚還是溫的。要是用普通的杯子，大概30分鐘就變涼了。
保溫瓶的瓶壁是雙層的，中間的空隙抽掉了空氣，是「真空」。也就是說，真空被用來當作不讓熱量往外逃的隔熱材。
那麼，放眼望去全是真空的宇宙，真的是個「冰冷的地方」嗎？
「宇宙很冷」有一半是錯的，理由有兩個
在地面上身體會變冷，是因為周圍的空氣或水把熱量帶走了。真空中沒有這個搬運者。剩下的唯一途徑，是身體發出的肉眼看不見的光（紅外線），而這個過程很緩慢。
宇宙中沒有能減弱陽光的空氣或雲。放在向陽處的物體會不斷累積熱量，據說有時甚至會超過100℃。
「宇宙的溫度」這種說法也有陷阱。所謂溫度，是表示物質中的粒子振動有多劇烈的量。在幾乎沒有物質的地方，根本沒有能讓你感受到溫度的對象。
讓身體冷卻的3條路徑，在宇宙中有2條被封閉
熱傳遞的路徑有三種：直接傳給接觸的物體、由周圍的空氣或水流動帶走、以及以紅外線的形式飛散出去。冬天的風之所以讓人覺得冷，就是因為第二條路徑不斷奪走熱量。泡進冷水裡，熱量被奪走的速度會更快。
請看圖1左側。在地面上，三條路徑全都是開著的。而在右側的宇宙中，既沒有能接觸的物體，也沒有流動的空氣，剩下的只有紅外線這一條路徑。人體以紅外線散失的熱量，大約是靜止時身體所產生熱量的數倍。雖然會變冷，但沒有「瞬間結凍」那麼快。在折疊區塊中計算後，體溫下降1℃大約需要花近10分鐘。
太空衣真正頭痛的是「熱量悶在裡面」
太空人在艙外作業時，身體會因運動不斷產生熱量。在地面上，汗水會蒸發，風也會把熱量帶走。但太空衣外面是真空，那些熱量只會一直累積在衣服裡。
因此，艙外活動用的太空衣裡面會穿上縫有細管的貼身衣物，讓冷水在管中流動，藉此回收身體的熱量。回收來的熱，據說是靠背後的裝置讓水一點一點蒸發到宇宙中來排放的。太空站上除了太陽能板之外，也裝有一大片白色的散熱板，用來以紅外線的方式把熱排掉。
另一方面，在背陽處，機械可能會因為太冷而無法運作。所以人造衛星會被包裹在金色或銀色的隔熱膜裡。「太熱」和「太冷」這兩個極端，在宇宙中只取決於有沒有被陽光照到。
沒穿太空衣直接暴露在真空中時，據說首先出問題的並不是寒冷，而是無法呼吸，以及周圍沒有氣壓。一般認為意識大約十幾秒就會喪失。像電影那樣「瞬間結凍」，從熱量逃逸的方式來看，其實是不太可能發生的誇張演出。
在高山上，向陽處熱得發燙，一走進陰影卻突然變冷，你有過這種經驗嗎？空氣越稀薄，陽光就越強烈地直射下來，而空氣調和熱量的作用也越弱。宇宙，就是這種情況的極端版本。
總結
宇宙之所以被稱為「寒冷」，是因為幾乎沒有物質的地方，溫度非常低。但是，冷卻物體的能力，唯有靠能傳遞熱量的空氣或水才會變強。真空就跟保溫瓶的瓶壁一樣，不擅長奪走熱量。所以在宇宙中，只要被陽光照到就會熱得像被燒烤一樣，而太空衣其實是靠著想辦法把熱排出去才得以運作。
所謂寒冷，不是溫度低，而是「奪走熱量的速度」快。
真空，是全世界最優秀的隔熱材。
真空封鎖熱量的原理，在保溫瓶為什麼能好幾個小時都不變涼？中有詳細介紹；太空站中身體會飄浮的原因，則在在太空站身體會飄浮，真的是因為沒有重力嗎？中說明。同樣溫度下冷熱感受卻不同的話題，也歡迎參考為什麼金屬摸起來比木頭冷？。
- 把相同溫度的熱水，分別倒入有蓋的保溫瓶和普通杯子（小心燙傷）。
- 30分鐘後，用手指觸摸或用溫度計測量。應該會發現保溫瓶裡的水還比較溫熱。
- 接著，比較把沾了溫水的手靜止不動，和用扇子搧風時的感覺。搧風的那隻手會感覺比較冷。
把這兩個結果合起來看，就能明白「冷卻的速度，取決於搬運熱量的空氣流動」。而保溫瓶的真空和宇宙，正是把這個搬運者拿掉的例子。
想知道更多 ― 用語・公式・與教科書的連結從國中理科到大學專業科目，明確標示這是哪個程度的內容
- 國中國中理科課程範圍
- 高中高中「物理」課程範圍
- 高中＋高中的進階內容，或教科書專欄性質的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目（熱工學・太空工程）的內容
- 研究連大學也還不當作「定論」教授、是研究人員正在調查中的話題
國中用語：這個現象是有名字的
- 傳導：熱量在彼此接觸的物體之間直接傳遞。
- 對流：因受熱的空氣或水流動而搬運熱量。
- 輻射（熱輻射）：物體依其溫度發出紅外線等光，並藉由這些光傳遞熱量。這是唯一在真空中也能發生的途徑。
國中高中用公式驗證：在真空的陰影處，人體下降1℃需要幾分鐘？
假設在沒有陽光照射的真空中，身體表面只靠紅外線散失熱量。以朝向宇宙的體表面積約1平方公尺來做粗略估算（假設沒穿太空衣，也不考慮無法呼吸的問題）。
| 皮膚溫度 | 約33℃（絕對溫度約306 K） |
| 該溫度下1平方公尺表面以紅外線散失的熱量 | 每秒約500 J（約500 W） |
| 靜止時身體產生的熱量 | 約100 W |
| 體重 | 設為60 kg |
| 使體重1 kg升溫1℃所需的熱量（比熱） | 約3.5 kJ |
| 淨損失熱量（每秒） | 500 − 100 ＝ 400 W |
| 使全身降溫1℃所需的熱量 | 60 × 3.5 ＝ 210 kJ |
| 換算成焦耳 | 210 × 1000 ＝ 210000 J |
| 所需時間（秒） | 210000 ÷ 400 ≒ 525 秒 |
| 換算成分鐘 | 525 ÷ 60 ≒ 8.8 分鐘 |
計算結果是體溫下降1℃大約需要9分鐘。實際上手腳末端會先變冷，並非均勻降溫，但可以看出這離「瞬間結凍」差得很遠。
| 符號 | 意義與單位 |
| W | 瓦特。每秒傳遞的熱量（1 W ＝ 每秒1 J） |
| J・kJ | 焦耳・千焦耳。熱量單位（1 kJ ＝ 1000 J） |
| K | 克耳文。絕對溫度單位（0℃ ≒ 273 K） |
高中高中＋溫度和「熱量傳遞的速度」是兩回事
高中氣體的溫度，取決於單一分子運動的劇烈程度。地球高空或宇宙空間中稀薄的氣體，若以分子速度來看，有時甚至相當於數百至一千多℃。但因為分子數量極其稀少，撞擊物體所傳遞的熱量微乎其微。
高中＋物體以輻射形式散失的熱量，與絕對溫度的4次方成正比（史蒂芬－波茲曼定律）。物體的溫度由此與周圍傳入的輻射之間的差額所決定。宇宙背景輻射相當於約3 K，傳入的部分幾乎可以忽略。因此在陰影中，物體會緩慢但持續不斷地冷卻下去。
大學太空載具的熱設計
人造衛星的溫度，會因太陽光吸收率與紅外線放射率的比值而大幅變化。白色塗裝不太吸收陽光、卻擅長放出紅外線，適合用作散熱面。相反地，多層隔熱材則是把多層薄膜重疊，逐層削弱輻射的傳遞。內部的熱量，則透過讓液體循環的管路，或是靠液體反覆蒸發與凝結來搬運熱量的熱管，被送到散熱面。
研究目前尚未完全弄清楚的事
- 人體短時間暴露於真空中的影響。多半是根據意外事故或動物實驗的有限記錄推估而來，確切的極限時間仍有一定的不確定範圍。
- 在月球或火星長期生活時的熱管理。在晝夜溫差極大的月球表面，居住設施該如何保溫與散熱，目前仍在持續研究設計中。
- 更輕、更高效率的散熱機制。能依溫度自動調整紅外線放射能力的材料等，正在被研究開發中。
也就是說，本文的內容也是「目前所知範圍內的說明」。特別是關於人體影響的數值，請當作參考值來看待。
與教科書的連結（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 本文對應段落 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科「熱的傳遞方式」 | 傳導・對流・輻射三條途徑 |
| 高中 | 物理「熱與溫度」「氣體分子運動」 | 溫度與熱量的差異、比熱的計算 |
| 高中＋ | 物理（進階）「熱輻射」 | 輻射與絕對溫度4次方成正比 |
| 大學 | 傳熱工程・太空工程 | 散熱板與隔熱材構成的太空載具熱設計 |
| 研究 | 太空醫學・材料工程 | 真空暴露的影響、散熱材料的開發 |
| ― | 與生活的連結 | 保溫瓶、高山向陽處與陰影處、風感造成的體感降溫 |
- NASA「International Space Station」
- JAXA 有人太空技術部門「國際太空站」（国際宇宙ステーション）
- 國立天文台 編《理科年表》（理科年表）丸善出版（史蒂芬－波茲曼常數、比熱等物理常數）
- D. G. Gilmore 編《Spacecraft Thermal Control Handbook》The Aerospace Press
※本文為大眾科學解說文章。文中數值僅為理解原理所用的參考・概算值。關於人體影響的敘述，包含根據有限記錄所做的推估。