A világűr vákuuma egy olyan hely, ami rendkívül kemény feltételeket teremt az ott tartózkodáshoz speciális felszerelés nélkül.
Gyakran felmerül a feltételezés, hogy mivel a vákuum nem ad át hőt, így az ember nem fagyhat meg a világűrben. Azonban ez a nézet téves, és most elmondom, miért.
Igaz, hogy a vákuum hővezetése nulla, de fontos észben tartanod, hogy a vákuum átereszti a sugárzást. Az ember akkor fagy meg, ha a hővesztesége nagyobb, mint a környezetből érkező hő. A kozmosz, amit körülbelül 2,7 Kelvin hőmérsékletű ősmaradvány sugárzás tölt ki, elhanyagolhatóan kevés hőt nyújt az ember hőveszteségének pótlására.
Becsüljük meg, mennyi idő alatt fagyhat meg egy átlagos ember az űr vákuumában védőruha nélkül. Az ember adatai: tömeg m = 70 kg, testfelület S = 1,9 m².
A Stefan–Boltzmann-törvény szerint minden T hőmérsékletű (Kelvinben) test termodinamikai egyensúlyban infravörös (hő) sugárzást bocsát ki Q = εσT⁴ intenzitással, ahol σ = 5,67×10⁻⁸ W/(m²⋅K⁴), és ε a kibocsátóképesség (ε = 0, ha az embernek ép űrruhája van, és ε = 1, ha teljesen "fekete test"). Vegyünk ε = 0,9-et (az ember meztelen).
Számoljuk ki, mennyi idő alatt válik az ember T₀ = 36,6 °C (vagyis 309,75 K) kezdeti hőmérsékleten jégtömbbé T₁ = 0 °C (vagyis 273,15 K) hőmérsékleten, feltéve, hogy 80%-ban vízből áll. Az ember hőenergia-változását a ΔQ₀ = cm(Т₀ - T₁) képlettel becsüljük, kiegészítve (Lm) energiával a teljes megfagyás esetére. Az ember lehűlési idejét T₀-ról T₁-re a t = ΔQ₀/<Q> közelítéssel becsüljük, ahol <Q> = S⋅[Q(Т₀) + Q(T₁)]/2.
Mindezeket a paramétereket figyelembe véve a következő eredményekre jutunk: 20 perc alatt a testhőmérsékleted 32 °C-ra esik, ami eszméletvesztést okoz; 3 óra múlva a testhőmérsékleted eléri a 0 °C-ot; és 10 óra alatt egy 0 °C-os jégtömbbé válsz.
Tehát az űr vákuuma nem egy sétálóutca űrruha nélkül. Az űrruha viszont visszaveri a tested hőjét, visszajuttatva azt hozzád, ami lehetővé teszi a kellemes hőmérséklet fenntartását.
Itt érdemes megjegyezni, hogy nem vettük figyelembe azokat az egészségügyi problémákat, amiket a vákuumban lévő ember bőre okozhat, és a bőr intenzív párolgását, ami szintén egy további és jelentős forrása a tested lehűlésének.
Persze lehetne azzal érvelni, hogy a számításainkban csak a hőveszteséget vettük figyelembe, de az ember maga is egy hőerőgép. Ezt is számításba vesszük.
Egy átlagos ember körülbelül 2,5 kcal-t fogyaszt naponta, ami 120 W teljesítménynek felel meg. A T₀ = 36,6 °C hőmérsékletű meztelen test a Stefan–Boltzmann-törvény szerint S⋅Q = 900 W teljesítménnyel bocsát ki hőt (infravörös sugárzást).
Ha otthon lennél, meztelenül a kanapén 25 °C-on, a tested körülbelül S⋅Q* = 850 W hőteljesítményt kapna a környezetből. A maradék, körülbelül S(Q − Q*) = 50 W, könnyen ellensúlyozná a 120 W-os szervezeted. De az űrben a környezet hőmérséklete az ősmaradvány sugárzás hőmérséklete (−270,4 °C), és nincs mód a testfelületedről történő hőveszteség (900 W) pótlására. Így a szervezeted, mint hőerőgép (120 W), képtelen megbirkózni a hőveszteséggel, és már 20 perc múlva elveszíted az eszméleted.
Tehát nem szabad meztelenül sétálnod az űrben. Bár a vákuum nem ad át hőt, a tested hőleadása nem biztos, hogy elegendő a hőmérsékleted fenntartásához. Ez megmutatja, hogy mennyire bonyolultak lehetnek a fizikai folyamatok az űrben, és hogy miért van szükség speciális felszerelésre és technológiákra az űr biztonságos és sikeres felfedezéséhez.
