宇宙はとても寒い場所だと聞いたことがある人は多いでしょう。よく「宇宙の温度は摂氏約マイナス270度」といわれます。これは、絶対零度にかなり近い温度です。
ただし、この言い方には少し注意が必要です。宇宙のどこへ行っても必ず約マイナス270度という意味ではありません。太陽の近くや惑星の表面、星が生まれるガスの集まりなどでは、温度は大きく変わります。
では、なぜ宇宙は寒いといわれるのでしょうか。大きな理由は、宇宙空間には熱を伝える空気のような物質がほとんどなく、さらに宇宙全体に広がる背景の温度がとても低いからです。その背景の温度を示す代表的なものが、宇宙マイクロ波背景放射です。
宇宙が寒いといわれるのは背景温度が低いから
宇宙が寒いといわれる大きな理由は、宇宙全体に広がる背景の温度がとても低いからです。
背景温度とは、星や惑星そのものの温度ではなく、宇宙全体にうっすら広がる放射を基準にした温度のことです。宇宙マイクロ波背景放射の現在の温度は約2.7K（ケルビン）です。摂氏に直すと、約マイナス270度になります。ESAは、宇宙マイクロ波背景放射は空のあらゆる方向で検出され、COBEやWMAPによる測定で2.726K、約マイナス270℃だったと説明しています。
地球では、空気や水、地面などが熱を伝えます。寒い日に外へ出ると体が冷えるのは、冷たい空気に体の熱が奪われるからです。ところが、宇宙空間はほとんど真空です。空気のように熱を運ぶ物質がほとんどないため、地球上の「寒さ」とは仕組みが違います。
宇宙空間に物体があると、その物体は周りから光や熱を受け取ります。同時に、自分自身も赤外線として熱を放射します。NASAの小型衛星向け熱制御資料でも、真空中では対流がなく、外部との熱のやり取りは主に熱放射で行われると説明されています。
宇宙が寒いといわれるのは、宇宙空間に冷たい空気が満ちているからではありません。宇宙の背景として残っている放射の温度が、絶対零度にかなり近いほど低いからです。
約マイナス270度は宇宙マイクロ波背景放射の温度
「宇宙の温度は約マイナス270度」といわれるとき、多くの場合は宇宙マイクロ波背景放射の温度を指しています。英語では cosmic microwave background（宇宙マイクロ波背景放射）と呼ばれ、略して CMB と表記されることもあります。
宇宙マイクロ波背景放射は、宇宙のあらゆる方向から届くとても弱い電磁波です。初期の宇宙が高温だったころの名残と考えられており、宇宙が膨張するにつれて光の波長が引き伸ばされ、現在ではとても低い温度の放射として観測されています。ESAも、CMBをビッグバン後の宇宙から残る最も古い光として説明しています。
この温度は約2.7Kです。ケルビンは絶対温度の単位で、0Kが絶対零度にあたります。2.7Kは摂氏にすると約マイナス270.4度です。そのため、一般向けには「宇宙の温度は約マイナス270度」と表現されることがあります。
ただし、これは宇宙空間のすべての場所の温度ではありません。あくまで、宇宙全体に広がる背景放射の温度です。星の近く、惑星の表面、ガスが濃い場所などでは、温度の考え方も実際の値も変わります。
「宇宙は約マイナス270度」という言葉は、宇宙の背景を表す目安として受け取るとわかりやすくなります。
絶対零度とはどんな温度なのか
絶対零度とは、温度の下限として考えられている温度です。ケルビンで表すと0K、摂氏ではマイナス273.15度です。BIPMのSI文書では、摂氏温度はケルビン温度から273.15を引いて表すことが示されています。
私たちが日常で使う摂氏は、水が凍る温度を0度、水が沸騰する温度を100度とする温度の表し方です。一方、ケルビンは物理でよく使われる温度の単位で、絶対零度を0Kとして考えます。
宇宙マイクロ波背景放射の温度は約2.7Kなので、絶対零度より2.7度ほど高い温度です。摂氏で見ると、絶対零度がマイナス273.15度、宇宙背景放射が約マイナス270.4度です。数字だけでも、絶対零度にかなり近い温度だとわかります。
とはいえ、宇宙が完全に絶対零度というわけではありません。絶対零度は理論上の下限であり、実際の物質をその温度まで完全に冷やすことは非常に難しいとされています。
そのため、「宇宙は絶対零度に近い」とは、完全に0Kという意味ではなく、日常の温度感覚から見ると想像しにくいほど低温だという意味です。
宇宙空間そのものは冷たい空気ではない
宇宙の寒さを考えるとき、地球上の寒さと同じように考えると少し混乱します。
地球上で寒い場所にいると、冷たい空気が体から熱を奪います。風が吹くとさらに寒く感じるのも、空気が熱を運んでいくからです。冷たい水に入ると急速に体温が奪われるのも、水が熱を伝えやすいからです。
しかし、宇宙空間はほぼ真空です。空気や水のように熱を運ぶ物質がほとんどありません。そのため、宇宙での冷え方は「冷たい空気に触れて冷える」というより、「自分の熱を放射して失っていく」という形になります。
宇宙マイクロ波背景放射は、空気や水のように体から直接熱を奪うものではありません。宇宙空間では、全方向から約2.7K相当の弱い放射を受けています。一方で、体や物体は赤外線として熱を放射します。近くに太陽のような熱源がなければ、受け取る熱より失う熱のほうが大きくなり、少しずつ冷えていきます。
これは、宇宙が寒くないという意味ではありません。近くに太陽のような熱源がなければ、物体は熱を失い、背景放射に近い低温へ向かいます。ただし、地球の冷凍庫のように周囲の冷たい空気で一気に冷やされるわけではないのです。
宇宙の寒さは、温度の低さだけでなく、熱の伝わり方が地球上と違う点にも特徴があります。
宇宙に出たらすぐ凍るのか
映画や漫画では、宇宙空間に放り出されると一瞬で凍るように描かれることがあります。宇宙が非常に低温の背景を持つことは確かですが、「すぐに凍る」と単純に考えるのは少し違います。
宇宙空間では空気がほとんどないため、冷たい空気に熱を奪われるような冷え方はしません。体や物体は、主に熱を赤外線として放射することで冷えていきます。そのため、地球の冷たい空気や氷水に触れたときのように、すぐ熱を奪われるわけではありません。
NASAのQ&Aでは、宇宙空間で人は爆発せず、血液も皮膚や循環器の働きによってただちに沸騰するわけではなく、瞬時に凍るわけでもないと説明されています。また、酸素不足によって意識を失うことや、真空環境で舌の上の水分が沸騰し始めた事例にも触れられています。
ではどうなるのかというと、生き物にとっては「寒さで一瞬に凍る」よりも、真空による気圧の低下や酸素不足のほうが先に大きな問題になります。圧力が低いため、唾液や涙、気道の表面にある水分は沸騰・蒸発しやすくなりますが、血液や体内の水分が一瞬で吸い出されるわけではありません。その後、体の熱は赤外線として放射され、少しずつ失われていきます。
宇宙空間では、冷たい空気に包まれて一気に凍るのではありません。空気がほとんどないため、熱は主に放射によって逃げていきます。寒さだけでなく、真空そのものが大きな危険になるのです。
もちろん、生身で宇宙空間に出ることは極めて危険です。温度だけでなく、真空、酸素不足、気圧の問題、強い太陽光や放射線などが関係します。宇宙の寒さだけでなく、環境全体が人間にとって過酷です。
星の近くでは宇宙でも熱くなる
宇宙の背景温度は約2.7Kですが、宇宙にあるすべてのものがその温度になるわけではありません。星の光を受ける場所では、物体は温められます。
たとえば、地球は太陽の光を受けて温められています。地球内部から出る地熱もありますが、地表全体の温度を保つ要因としては太陽光の影響が圧倒的に大きいです。地球表面は、太陽光、大気、海、雲などの働きによって、生命が存在できる温度を保っています。
月のように大気がほとんどない天体では、太陽光が当たる昼の面と、日が当たらない夜の面で温度差が大きくなります。空気が少ないため、熱が広がりにくく、場所による差が極端に出やすいのです。
宇宙は背景としてはとても寒い一方で、星の近くでは熱くなることもあります。宇宙の温度は「どこにいるか」「何から光を受けているか」「物体がどれくらい熱を吸収し、放射するか」によって大きく変わります。
「宇宙はなぜ寒いのか」という疑問への答えは、宇宙全体の背景が低温だからです。ただし、実際の温度は場所によって大きく変わるため、宇宙のどこでも同じ寒さではありません。
宇宙には約マイナス270度より寒い場所もある
宇宙マイクロ波背景放射の温度は約2.7Kですが、宇宙にはそれより低い温度の場所もあります。代表的な例が、ブーメラン星雲です。
ブーメラン星雲は、宇宙で知られている中でも特に低温の天体として紹介されることがあります。その冷たい領域は約1K、摂氏で約マイナス272度に相当します。これは宇宙マイクロ波背景放射の約2.7Kより低い温度です。NASA/JPLも、ブーメラン星雲の冷たい領域を約1Kと紹介しています。
なぜ背景放射より低くなるのかというと、星から吹き出したガスが急速に膨張して冷えているためです。身近な例でいうと、スプレー缶からガスを出したときに缶が冷たくなる現象に少し似ています。ガスが広がるとき、エネルギーの使われ方が変わり、温度が下がることがあります。
このように、宇宙の温度は一言では決められません。宇宙全体の背景としては約2.7Kですが、特殊な環境ではそれより低い場所もありますし、星の近くでは高温になることもあります。
約マイナス270度は宇宙の歴史を示す数字でもある
宇宙の温度が約マイナス270度と聞くと、ただ「とても寒い」という印象を持ちます。しかし、この数字は宇宙の歴史とも深く関係しています。
宇宙マイクロ波背景放射は、初期の宇宙が高温だったころの名残と考えられています。宇宙が膨張するにつれて、この光は引き伸ばされ、エネルギーが低くなり、現在のような低温の背景放射として観測されるようになりました。ESAは、宇宙が膨張して冷えたことで、CMBの有効温度が現在の約2.7Kまで下がったと説明しています。
約マイナス270度という数字は、単に宇宙が寒いことを示しているだけではありません。宇宙が昔はもっと熱く、長い時間をかけて広がり、冷えてきたことを示す手がかりでもあります。
宇宙の寒さは、ただの低温ではなく、宇宙の成り立ちや時間の流れとつながっています。約マイナス270度という数字の奥には、宇宙が膨張しながら冷えてきた歴史も含まれています。
Q&A（よくある疑問）
まとめ
宇宙が寒いといわれるのは、宇宙全体に広がる背景放射の温度がとても低いからです。宇宙マイクロ波背景放射は約2.7Kで、摂氏に直すと約マイナス270度になります。
ただし、宇宙のどこも同じ温度というわけではありません。星の近くや惑星の表面では温度が大きく変わりますし、ブーメラン星雲のように背景放射より低い温度の場所もあります。
宇宙の約マイナス270度という数字は、ただ「宇宙は寒い」というだけでなく、宇宙が膨張し、長い時間をかけて冷えてきたことを示す手がかりでもあります。
参考情報
- ESA「Planck and the cosmic microwave background」
- NASA SmallSat Institute「7.0 Thermal Control」
- NASA GSFC Imagine the Universe!「What would happen to an astronaut exposed to vacuum?」
- BIPM「The International System of Units (SI Brochure)」
- NASA/JPL「Boomerang Nebula Boasts the Coolest Spot in the Universe」
- ALMA Observatory「ALMA Reveals Ghostly Shape of ‘Coldest Place in the Universe’」
