为何太阳和地球间的太空很冷,而太阳照射地球却热? 太阳能够照射地球,为啥太空中还是如此冰冷?

www.zhiqu.org     时间: 2024-06-01

地球地表的热量主要都是来自于太阳光辐射,太阳光辐射主要为黑体辐射,其辐射的光谱波长主要与其表面温度相关,而太阳的表面温度约为绝对温标6000K,在色温里属于标准白光。因此,太阳光辐射绝大部分集中在可见光(所有波长的可见光合在一起就变成白光了)附近,包括人眼不能识别的红外线和紫外线,更短和更长的波长占比就很小了。


色温图

了解了这些基础知识后,我们就可以来讨论太空为什么会这么冷了。我们知道在太空中是一片漆黑而又透明的接近真空的空间,漆黑是因为看不见光,透明是因为能看到它背后的星光。这表明太阳光几乎并没有被任何物质遮挡和吸收。在太空中几乎没有任何物质吸收太阳光辐射从而产生热量,因此太空中是将接近绝对零度的,不过只要人或物体正对太阳,猛烈的太阳辐射就会很快把他(它)的向阳面加热。

虽然太空处于超低温,但由于没有物质起到热传导的作用,所以人体即使暴露在太空中并背离太阳照射,热量也不会快速散失。这是因为三种散热方式中热传导和热对流已经不可用了,只能通过热辐射散发热量。如果表面有水分暴露,倒是可以通过蒸发带走热量。


太空人

那么太阳光照到地球呢?前面其实已经给出答案了,因为地球上有物质吸收了太阳光辐射,光的能量被转化掉了。太阳光首先被地球的外层大气拦截的是其中的短波辐射,主要是波长较短的紫外辐射,高能的紫外辐射使外层大气电离,并产生高能的带电粒子,热实际上就是粒子的高速运动,所以这里也称为热层,又叫暖层。虽然这里的气体温度很高,但是由于空气异常稀薄,因此如果人在这一层逗留,不是被热死的,而是被冻死的……前提是你没有被紫外辐射烧死……


大气层分层

好像写得有点啰嗦了,还是尽快进入正题吧,地球之所以在太阳辐射下变热,主要还是因为太阳光照射到地表和海洋,照射到海洋的部分被海水吸收了,我们先不说。而被地表吸收的地面将导致温度上升,除了大量的可见光反射回太空而耗散掉以外,一部分以热辐射的形似向外辐射,这部分热辐射低于可见光波长,包括的红外辐射和微波辐射,波长与地表的温度有关。而这部分的波长的热辐射会被大气中的温室气体吸收而无法反射回太空,从而导致大气升温,结果就是即使到了晚上,也不会很冷。



为什么太阳和地球之间的太空很冷,而太阳照射地球却会变热?~


很多人都有这样的常识,那就是太阳特别热,地球都能被晒热,但是日地之间的太空是绝对零度的(当然这个说法其实是错误的,太空实际上还是略高于绝度零度的),这不是相互矛盾了吗?为什么太阳能晒热地球,就不能把日地之间的太空晒热了呢?


为什么会感觉到温度?
要了解这个问题,我们就得先来了解一下:什么是温度。
当然,温度实际上是一个物理量,是反映物体冷热程度的物理量。所以,它是用来描述热现象的。
其实人类很早就在思考什么是”热”?然而迟迟没有一个令人满意的答案,各种假说都有各自的缺点。比如:200-300百年前,流行着一种热质说。后来随着热力学开始发展,人类意识到,从微观视角来看,温度的本质是分子热运动的剧烈程度。那这句话该如何理解呢?


我们都知道,万物都是由粒子构成的,但是粒子实际上并不是整齐划一地排列在一起。实际上,粒子是在做不规则的运动,布朗运动就可以充分地证明这一点。


科学家发现,当粒子整体运动剧烈时,温度就越高,反之亦然。


实际上,如果你身处几乎没有粒子的空间,并不会感受到温度的高低,当然应该会很容易被憋死。
地球为什么可以被太阳晒热?
知道了上面的内容,我们就来看看开头说到的那个问题。我们要知道的是,地球也是由粒子构成的,而且是大量的粒子。因此,当太阳辐射到底地球时,光子可以使得地球上的粒子热运动变得剧烈,这时候就会反映出温度升高的现象。


所以,地球能被晒热的根本原因,是因为地球本身是由大量的粒子构成的。那太空为什么不行呢?
实际上,太空是几乎真空的,所谓的真空就是粒子都不存在的空间。当然,绝对的真空是不存在的。宇宙实际上是几乎接近于真空状态。在宇宙学中,我们会用到一个宇宙密度的概念。科学家通过理论和模型,可以得出一个临界密度,这个临界密度是ρ0=0.9×10^(-29)克/厘米^3,这么看可能没什么感觉。
我们可以做个例子,这个临界密度相当于一平方米内只有一个氢原子。而根据最新的观测数据和理论分析来看,如今宇宙的密度是略小于临界密度的。这就意味着宇宙实际密度是略小于一平方米一个氢原子的水平。这样的粒子密度是不可能能够反映出温度的,所以,如果有人不小心暴露在太空,他实际上不会被冻死,因为他根本感受不到温度,不过由于气压太低,他的体液会沸腾,最终可能因为体液沸腾而死,也可能是被憋死的。
所以,太空没有办法被晒的原因本质上是因为单位体积内的粒子数实在太少了。
但如果这样你认为宇宙是绝对零度,那就错了。如果宇宙是绝对零度,那热力学定律早就会被改写了。实际上,宇宙是有温度的,这个温度是2.72K。为什么是这样呢?


我们现在知道,宇宙诞生一次大爆炸,这发生在138亿年前。大爆炸之后,宇宙处于类似于等离子态,有点类似于混沌的那种状态,也就是不透明,此时温度极其高。宇宙的空间开始剧烈的膨胀,随着空间膨胀,温度开始下降。


但我们要知道,温度是不可能凭空消失的。因此,这个宇宙大爆炸的余温还要留存至今,如今我们还能够探测到它,它的温度就是2.72K,也就是比绝对零度高2.72度,这也被称为宇宙微波背景辐射。如今已经成了天文学家人生必备的武林秘籍。


总结
从微观视角来看,温度的本质是分子热运动的剧烈程度,这就意味着温度是建立足够多的粒子数之上才有意义的。地球能被晒热,就是因为地球由大量的粒子构成,而宇宙几乎接近于真空,粒子数实在太少,所以无法反映出温度来,更没有办法被晒热。虽然宇宙体现不出温度,但实际上它是有温度的,这个温度就是宇宙微波背景辐射的温度。


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(15655805107): 热量的传媒是光子,但它本身没有温度,当它照射到物体,入射到物质微粒的核外空间,使那里的压力升高时,那里的温度就会同步升高——热现象其实是空间态实体的一种静力学特征.地球大气层之外没有物质,亦即没有光子的受体,所以纵然光子密度很大,也不能产生热量.一家之说,仅供参考!

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(15655805107): 主要是因为"气体分子",太空中几乎没有气体分子,根本无法加热太空.

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(15655805107): 北半球是这样的,南半球恰恰相反. 北半球在每年6月22日左右离太阳较远,若以地球北边为上,南边为下定一个方向,夏至时地球在太阳下方,而且最靠下,此时北回归线以北白天最长. 地球绕地球的轨道是近似一个圆,近日远日距太阳距离之差相对于日地平均距离相差太远了,不能从这里考虑夏天热冬天冷.地球上的温度一般和距离太阳的距离没有太大关系.并不是地球离太阳近时冷,离太阳远时热,地面上的温度与太阳入射角度直接相关,不过会有一部分时差,也就是说,每天最高温度不在正午,而在2点左右,最低温度也不在午夜,而在4-5点钟.一年中的最高温当然在夏天,夏至左右,最低温在冬至前后.这些和地球距离太阳的距离没有太大关系.

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