太陽1秒燃燒6.57億噸氫,爲何地球被曬熱,但地日間太空卻寒冷?

5樓的男人 2024-04-11 12:36:09

可以說太陽是整個太陽系的能源源泉,其內部發生核裂變,每秒燃燒掉6.57億噸氫,同時産生6.53億噸氦,兩者之間質量相差0.04億噸,也就是1秒損失400萬噸物質。

而這損失的400萬噸質量,就以能量的方式輻射整個太陽系,作爲太陽系一員的地球,每秒也會接收太陽釋放能量的22億分之一。

正是太陽輻射的熱量,才讓地球擁有溫暖的氣候,最終誕生出生命。但是一個讓人奇怪的問題是,同樣被太陽照射,地球非常溫暖,在太陽與地球之間的太空中,溫度卻非常寒冷,達到-270℃。

同樣是被太陽照射,爲何地球溫暖,太空卻非常寒冷,中間能量是怎麽傳遞過來的,爲何太陽輻射的熱量不能讓太空也溫暖起來?

熱量和溫度究竟是什麽關系?

溫度的本質就是物體內部分子運動程度,物體內分子運動越加激烈,那麽溫度也就越高,反之,則溫度更低。

而熱量與溫度雖然密切相關,但是它們兩者並不相同。溫度我們知道單位是攝氏度,而熱量的單位就是焦耳。

當熱量在傳遞的過程中,也就是一種能量的轉移,會導致物體內部的分子運動變得劇烈起來,溫度也就會上升。一般熱量的傳遞方式有三種方式:

我們最熟悉的就是熱傳導了,平時在炒菜的時候,菜雖然與火並沒有直接接觸,但是通過鐵鍋進行熱傳導,就可以把熱量傳遞給鍋中的菜,把菜炒熟。

除了熱傳導外,就是熱對流了,熱對流是通過流體的流動,把熱量從高溫部分傳遞到低溫部分的過程,像我們經常形容熱浪襲來,這裏的熱浪就是高溫的空氣,攜帶熱量向低溫區域流動的過程。

最後一種就是熱輻射了,就是用電磁輻射把熱量向外輻射,實際上太陽的熱量就是以熱輻射的方式傳遞熱量。從本質上來說,太陽和微波爐的都是熱輻射傳遞熱量。

只不過太陽發出的輻射比較複雜,太陽輻射包含各種波長的電磁波、包括可見光、紫外線和紅外線等,其中絕大部分能量都集中在可見光和紅外線,紫外線只占極少一部分。而微波爐中主要是波長是12厘米左右的微波。

所以,我們看到的太陽光中,其實是太陽的各種地磁輻射,在其到達地球後,熱量就傳遞到了地球,讓地球處于溫暖的狀態中。

地球能夠變熱,除了太陽的作用外,自身能力也很重要

沒有太陽的話,地球也不會這麽溫暖。但是地球能夠有現在這樣的溫度,除了太陽持續加熱外,地球自身的能力也占了很大一部分因素。

比如水星,它是太陽系中離太陽最近的星球,理論上來說,水星應該是一個溫度非常高的星球才對。但是水星卻表現得非常奇怪,面向太陽的一面,溫度可以達到400多攝氏度,但是背對太陽的一面,溫度卻是-190攝氏度。

水星背面的溫度已經比地球上最低溫度,還要低很多了。在太陽系中,許多星球都是如此,像火星和月球,當正對太陽一面溫度高,背對太陽一面溫度就很低。

而地球始終保持著溫暖的溫度,一個主要原因,是因爲地球上有一層大氣層包裹。大氣層在調節地球溫度上面起到至關重要的作用。

當太陽熱量輻射到地球後,可以激發大氣層中的分子,讓大氣層中的分子活躍起來溫度升高。

大氣層也可以吸收和散射太陽的熱量,在這個過程中,可以讓太陽的熱量可以一部分到達地球表面,但是這個溫度不會太高。

另外溫室效應也有助于調節地球的溫度,我們都知道二氧化碳和甲烷等,都是溫室氣體。這是因爲二氧化碳等氣體是一種紅外活性分子,它們能夠吸收地球上釋放的長紅外輻射,當地球表面吸收太陽輻射並釋放熱量的時候,這些氣體會吸收一部分熱量,防止其散發到太空中,進而造成了溫室效應。

實際上,二氧化碳等溫室氣體太多或者太少都不好,地球曆史上曾經多次因爲二氧化碳含量低,而變成了一個冰球,也就是地球雪球事件。而二氧化碳含量太高也不好,就會造成地球溫度太高,像金星就是溫室氣體太多,雖然其沒有水星離太陽近,但是整個金星的溫度也高達400多度。

這也是爲何太陽輻射的熱量會把地球曬熱,使地球溫暖的主要原因,那麽知道到地球是如何變熱的,那麽爲何地日間的太空,卻異常寒冷呢?

真空環境熱容量低

大家有沒有想過一個問題,在銀河系中有數千億顆恒星,如果恒星輻射的熱量能夠讓太空變熱,那麽能夠想象,整個銀河系的每一處空間中,將會充斥著高溫,而不是冰冷的太空。

那麽,究竟是什麽原因,在太陽輻射穿過太空的時候,沒有讓太空的溫度升高,而是把地球曬熱了。

主要原因,是太空中是真空環境,在這樣的環境中幾乎沒有任何物質。而前面說過,溫度的本質就是分子的運動劇烈程度,而當太空中沒有物質,或者只有極少部分物質的時候,也就不存在溫度了。

如果這個地方沒有任何物質的話,理論上就沒有任何溫度,那就接近絕對零度,也就是-273.15攝氏度。

這就涉及到一個熱容量的問題了,熱容比是物體吸收或者釋放一定熱量時引起的溫度變化,地球上有大氣、有海洋和地面可以吸收和釋放熱量,熱容量很大。而太空中幾乎沒有任何物質,其熱容量幾乎爲零。

因此,不論太陽輻射多少熱量,太空都不會吸收和釋放,也就不會有任何的溫度變化。

實際上,太空中的雖然分子非常少,但不是沒有。而且宇宙在大爆炸後遺留下一些電磁波,也就是宇宙微波背景輻射,它幾乎遍布宇宙之中,在這些微波與宇宙間少量的分子作用下,使得太空的溫度有一點點提升,讓宇宙的溫度在-270.4攝氏度。

從上面可以看出,爲何太陽能加熱地球,卻無法加熱太空的原因。簡單來說,就是太陽的輻射可以讓地球上的分子劇烈運動産生溫度,而太空中幾乎沒有,或者只有少量的分子,熱容量幾乎爲零,所以就溫度寒冷了。

擴展題:人體存在熱容量,也就是說太陽輻射可以讓人體溫度上升,那麽把人扔到地球和太陽之間,是會凍死,還是會熱死呢?

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评论列表
  • 2024-04-14 09:30

    熱是靠傳遞的,要有受熱體與傳遞路徑,真空狀態的的太空怎麽可能熱呢?

  • 2024-04-14 10:57

    有無導熱粒子是關鍵

5樓的男人

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