宇宙の温度は何度？約−270℃なのに日なたが熱い理由を解説

宇宙の温度は「約マイナス270℃」と聞く一方で、人工衛星は日なたで100℃以上になることもあります。太陽があるのに、なぜ宇宙は寒いのでしょうか。

この疑問を解く鍵は、宇宙全体に広がる光の温度と、宇宙に置いた物体の温度を分けることです。温度の数字だけでなく「何を測った値なのか」が分かると、一見矛盾する説明がつながります。

宇宙の温度は何度？「約−270℃」の意味

宇宙には、初期の熱い宇宙の名残である宇宙マイクロ波背景放射（CMB）が広がっています。そのスペクトルは、約2.725Kの黒体放射とよく一致します。黒体放射とは、物体の温度に応じた特徴を持つ電磁波のことです。

Kは「ケルビン」という温度の単位で、0Kが−273.15℃に当たります。したがって2.725Kは約−270.425℃。一般向けに「宇宙は約−270℃」と紹介されるのは、この数字を丸めた説明です。NASAのCOBE観測の解説でも、この背景放射の温度が示されています。

ただし、これは宇宙のどこでも温度計が−270℃を指すという意味ではありません。太陽、惑星、星間ガス、宇宙船はそれぞれ別の温度を持ちます。地上の天気予報の「気温」と同じように、一つの数字で宇宙全体を表すことはできないのです。

よく出てくる温度を比較すると

後ろの二つはJAXAの宇宙の高温・低温に関するFAQの目安です。宇宙の最高・最低温度でも、すべての衛星が必ず達する温度でもありません。

太陽があるのに宇宙はなぜ寒い？熱の伝わり方が違う

地上では、日差しを受けた地面が暖まり、その熱が空気にも伝わります。一方、宇宙空間は物質が非常に少なく、周囲の空気と熱をやり取りする働きが極めて弱くなります。ここで熱の移動方法を整理してみましょう。

• 伝導：接触して熱が伝わる。熱いスプーンの柄が暖まる例。
• 対流：気体や液体が動いて熱を運ぶ。暖房の風が部屋を暖める例。
• 放射：電磁波が熱を運ぶ。離れた焚き火の熱が顔に届く例。

真空では周囲の気体を介した伝導や対流はほとんどありませんが、放射には空気が要りません。太陽の光が地球へ届くのも、この仕組みです。宇宙に浮かぶ物体も赤外線などを出してエネルギーを失います。

そのため、受け取るエネルギーより外へ出すエネルギーが多ければ物体は冷え、逆なら暖まります。「真空だから必ず冷たい」のではなく、熱の収支で決まるのです。JAXAの熱の移動の解説も、日光を受ける場合と受けない場合を分けています。

日なたと日陰で温度が変わるのはなぜ？

日なたの物体には太陽からエネルギーが入ります。日陰に入ればその直接の入力が減りますが、物体は放射を続けます。ただし、日陰になった瞬間に−270℃へ変わるわけではありません。物体には熱を蓄える性質があり、冷えるまでに時間がかかります。

同じ場所に置いても、表面がどのくらい日光を吸収するか、赤外線をどのくらい放出するかで温度は変わります。さらに地球からの赤外線、地球で反射した太陽光、機器自身の発熱も加わります。JAXAの熱真空試験ハンドブックでは、こうした宇宙機への熱入力が整理されています。

身近なたとえなら、同じ日の屋外でも日向の黒いベンチと日陰の白いベンチで触れた感覚が違うことに似ています。ただし地上では空気との熱交換もあるため、その温度差をそのまま宇宙へ当てはめることはできません。

宇宙ステーションは寒さより「熱を捨てること」も大変

「周りが寒いなら、宇宙船の冷房は要らないのでは？」と思うかもしれません。しかしISSでは、コンピューター、実験装置、宇宙飛行士の体から絶えず熱が発生します。断熱して保温するだけでは、今度は内部が暑くなってしまいます。

ISSは室内の空気をファンで循環させ、発熱する機器からも熱を集め、外側のラジエータ（放熱板）から宇宙へ逃がしています。外側には室外機の風で熱を渡せる空気がほとんどないため、最後は放射で熱を捨てることが重要です。仕組みはJAXAのISS温度制御の解説で確認できます。

ウェッブ宇宙望遠鏡は大きな日よけで冷やす

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、非常に弱い赤外線を調べるため、望遠鏡自身が出す熱を抑える必要があります。そこで5層のサンシールドで太陽などからの熱を遮り、冷たい側から宇宙へ放射して冷やしています。

さらに低温が必要な中間赤外線観測装置MIRIには、専用の冷却機も使います。宇宙に置くだけで、目的の温度が自動的に得られるわけではありません。NASAのサンシールド解説は、この「入ってくる熱を減らし、必要な熱を逃がす」工夫を紹介しています。

宇宙の温度についてよくある疑問

宇宙に温度計を出すと何度になる？

温度計自身が、光を受けたり赤外線を出したりして落ち着いた温度を示します。日光の当たり方、表面の性質、取り付け先から伝わる熱などで値は変わります。背景放射の温度を知る観測と、普通の温度計を外に出すことは同じではありません。

真空なら一瞬で凍る？

「宇宙は約−270℃だから、出た瞬間に凍る」という説明は単純化しすぎです。空気を通して熱を失う仕組みが弱く、冷える速さは物体の大きさ、材質、放射などに左右されます。真空を、超低温の空気が詰まった冷凍庫のように考えないことが大切です。

地球の上空が高温という話と矛盾しない？

大気の上層にある熱圏では、まばらな気体の粒子が大きな運動エネルギーを持ち、高い温度になることがあります。しかし粒子の数が少なく、地上の熱い空気と同じようには物体へ熱を渡せません。NASAの熱圏の解説でも、温度の高さと熱の伝わりやすさの違いが説明されています。

温度の数字を見るときは、この3点を確認

宇宙の温度は、約−270℃という数字だけでは語れません。熱がどこから入り、どこへ出ていくのかを見ると、寒い宇宙で宇宙船が熱くなる理由も、望遠鏡に冷却装置が必要な理由も理解できます。

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