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太阳和地球之间的太空冷到不行,为何太阳光照

时间:2019-10-20 18:01来源:家居经验
问:太阳和地球之间的太空冷到不行,为何太阳光照到地球却能变热? 阳光穿过冰冷的太空把热量带到地球,虽然阳光在太空中加热了八分半钟,但是太空的温度依然是低到零下270摄氏

问:太阳和地球之间的太空冷到不行,为何太阳光照到地球却能变热?

阳光穿过冰冷的太空把热量带到地球,虽然阳光在太空中加热了八分半钟,但是太空的温度依然是低到零下270摄氏度,主要就是因为太空几乎接近绝对真空,没有物质存在。


阳光要想把太空“加热”它有三种途径:一是对流、二是传导、三是辐射。

三种途径中对流和辐射占据主要作用,而热辐射效果不明显。在太空中恰恰相反因为接近于真空状态,热量不能通过对流和传导的方式传播,只能通过辐射。

任何物体温度只要超过绝对零度就可以向外辐射,同时也可以接受辐射。这两者的差值就是物体热量的增减值。而太空中的零下二百七十摄氏度几乎就是宇宙背景微波辐射,这一抹宇宙大爆炸的余晖。


地球上的温度之所以冷热适宜,主要是因为大气层的存在,白天的时候接受到充足的热量、夜晚的时候地表也可以热辐射传递热量到大气,可以说大气层就是中间的缓冲带。

月球太阳的距离和地球与太阳的距离相当,但是因为没有大气层导致昼夜温差将近三百摄氏度。同样是因为太空中几乎绝对真空的状态,如果一个人上到太空中身体的热量也不会快速消失,只会慢慢向外辐射热量,而没有热传导和对流。


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以前的农村每到冬天就经会常看到一些老人坐着小板凳靠在南墙根晒太阳。身上被太阳晒得暖洋洋的真是惬意极了。

图示:晒太阳的老人

晒太阳可以让人的身体热起来,实质上是太阳的光线让人的身体温度升高了。那为什么太阳的光线可以让人体变热,让地球上的所有物体都能升温,而同样是充满阳光的太空中却冷的不行呢?要搞清楚这个问题,我们就要先搞清楚温度的本质是什么?温度就是用来表示物体冷热程度的物理量。物体越热温度就越高。从微观上讲,温度衡量的就是物体分子热运动的剧烈程度。那么物体分子的热运动越剧烈,温度就会越高。

图示:温度上升

这样我们就明白太阳和地球之间的太空为什么冷到不行了。因为那里的物质分子极少,几乎是真空的。即使是太空里面的分子运动再剧烈,但是由于分子数量太少了,这样温度照样会很低。

然而当阳光到达地球后,空间中的物质突然增多了,地球的空气中含有大量的空气分子,太阳光会让这些空气分子运动加剧,气温就会上升了,我们就会感觉热了。特别是在夏天的时候,太阳光直射,光线很充足的情况下,温度会升的很高。这时候如果把金属制成的物体放在太阳底下温度会升的很高,放上一个鸡蛋估计都能煎熟了。

图示:太阳光可以让汽车后备箱温度升得很高

即使是在地球之外的太空之中,太阳光线都会让它照射到的物体温度升的很高。比如地球上方的人造卫星,它朝阳的一面温度也会升的很高,而它没有被太阳光照射到的地方温度就冷到不行。同样的这种现象也发生在月球上。月球的白天阳光照射的时候温度可高达160℃,但是到了晚上没有太阳光照射的时候温度又低到零下180℃。

因此我们说,太阳到地球之间的太空冷到不行是因为太空中没几乎没有物质分子做热运动。而地球上的情况则完全相反了,地球上有着大量的物质,只要分子热运动加剧我们觉得热了。

坐过飞机的人都有这个经验,飞机飞到高空,温度会越来越低。似乎这个经验和我们生活中烤火炉的感受不一样,难道不是离火炉越近越热吗?

关于这个问题,物理学上的解释是这样的:

光线是一种辐射能量,它在空气中传播,空气是不吸收这种辐射能量的,当太阳光穿过整个大气层(假如没有云),直接到达地面,而地面会吸收大部分的辐射能。因此,真正在发热的物体是地面,地面再对其周围的空气进行加热。离地面越近,空气温度就越高。而高空离地面远,自然高空的空气温度就低。高空的空气的热量,主要是靠和地面空气的对流而变热的,并不是依靠太阳的照射。

另外,当太阳照射在我们身上的时候,我们的身体直接在接受太阳的辐射能量,所以会感受太阳的辐射热量,此时,我们的身体既是辐射的接受体,也是对周围空气加热的发热体。

对火炉取热来说,原理上和太阳光差不多,不过火炉的发热是一个区域,随着距离增加,辐射能就逐步降低,这就是我们离开火炉越近,就会感到越热的原因。

所以,这个问题的关键就在于,当光线不能穿透某个媒介的时候,这个媒介才是真正的热源。

“太空是真的空”

“太空是真的空”,这不是一句玩笑话,而是真实情况就是如此。要了解这个问题,我们要先从宇宙的一些基本属性说起。

根据普朗克卫星最新的观测结果来看,目前为止,宇宙在千分之六的精度上是平坦的。这里的“平坦”并不是很多人理解的那样在一块平地,而是说宇宙在大尺度上几乎是不弯曲的。

在此基础上,科学家提出了一个概念:宇宙临界密度。所谓的宇宙临界密度是指,

根据爱因斯坦的广义相对论,一个以物质为主的宇宙停止膨胀的时候,所对应的宇宙密度。

由此,我们以得出一个关于宇宙临界密度的公式:

公式看不懂其实没关系的,我们只要知道,当把哈勃常数已经是上面的“H”取值为70 (km/s·Mpc),所对应的宇宙临界密度就是p=0.9*10^-29(g/cm^3),如果把宇宙中的物质都视为氢原子,这个密度大概就是1立方米内只有一个氢原子,这个空旷的程度是我们目前在任何一个实验室都做不出的,科学家所做到最好的“真空”都比这个密度大得多。

而根据普朗克卫星观测到的宇宙微波背景辐射得到的哈勃常数H其实是很接近于70的,也就是说,宇宙的真实密度非常接近于一立方米只有一个氢原子的状态。所以,太空其实是非常非常的空,几乎接近于真空

太空会体现出温度么?

根据经典物理学对于温度的定义:

在微观世界中,分子热运动的剧烈程度。

由于太空的这种接近于“真空”的状态。所以实际上,太空并不能明显地体现出温度来,也就是说,如果有个人在太空中没宇航服,那他其实不会被冻死,而是因为压强太低,导致体液沸腾而死,或者是因为压强太低,导致肺功能障碍而死(也就是憋死)。因此,太空并不是冷到不行,而是很难显现出温度来。

所以,当阳光穿过太空的过程中,由于宇宙的密度实在太低,温度其实很难被表达出来。说白了就是,太阳光可以在宇宙空间中畅通,很少能撞到分子和原子,让其热运动加剧。也就没有所谓的给太阳加热的作用了。

太阳为什么能把热量传递给地球

而相比于太空的密度,地球的物质密度就大太多太多了,是由大量的分子和原子构成的,它们是可以吸收到大量的热让自身的热运动急剧的。

太阳辐射可以使得地球的分子热运动加剧,反映到宏观上,就是地球变热。而且这些热,并不是一下子消散掉,而是一部分热量被地球通过大气和水的比热容给锁住了。

当然,变热也有很多种方式,热对流,热辐射和热传导。太阳传递过地球热量的主要方式就是热辐射。而地球将这些热分摊到各个地方就会利用到热传导和热对流。

不仅如此,由于地球有足够厚度并且成分比较合理的大气层,所以可以锁住一部分热量,不会让热快速消散。其次,地球表面存在大量的水,我们都知道水的比热容很大,水也可以锁住大量的热量。基于这两点因素,所以地球的昼夜温差并不大。

在太阳系内,地球的能量来源就是太阳,没有太阳辐射,地球可能还转,但是地球上的生命就会消灭殆尽。而这些热量之所以没有在光子的传递过程中被带走,就是因为宇宙的密度实在太低而来。

最后我们来总结一下,温度是指微观世界中,分子热运动的剧烈程度。根据观测和理论计算,宇宙的密度极其低,一立方米大概也就一个氢原子的水平,所以太空不是温度特别低,而根本体现不出温度来。其次,地球密度远远大于太空,是由大量的分子和原子构成的,因此,地球是有足够的分子和原子吸收太阳辐射,以至于自身分子热运动加剧的,这也是为什么地球可以吸收太阳辐射的原因。

作为一个生活经验丰富的人,来回答一下这个问题:

太空是真空状态,没有物质存在,自然也就无法传导、对流,只能辐射啦!

所以,在太空中,没有防护服,分分钟就被辐射死!


地球为什么那么冷热适宜?

其实很简单,就三个字:大气层!

白天,光线照射到地面,地面吸收了太阳的辐射能,然后逐渐升温。至于为什么是逐渐升温以及温度不会太高?



那就是大气层的神奇啦!因为大气层削弱了阳光,这也间接拯救了地球生命,否则,哼哼,十个后羿也救不了你。以我们邻居月球为例,温度高达127摄氏度!瞬间吃烤鸭!

夜晚,大气层又像是厚厚的被子,起到了保温作用。所以,夜晚也不会特别冷。以我们邻居月球为例,零下183摄氏度。所以,嫦娥是真的寂寞孤独冷!

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太阳和地球之间的太空空间温度非常低,为接近绝对零度的-270℃,是因为太空极其空旷,缺少与阳光作用的物质,阳光中的能量无法传导,而地球近地轨道上温度却要高得多。

温度的本质是分子的热运动,所以要有较高的温度就必须有足够的热量传递。而热量传递的方式主要有导热、热对流及热辐射,导热需要物质直接的接触,对流需要空气,热辐射是唯一种可以穿越太空空间的热量传递方式。太阳就是靠着可见光、紫外线、红外线等电磁波温暖地球,物质分子在受到电磁波的作用,分子的运动加剧,表现出来的就是温度的提升。而地表物质吸收了能量之后,又可以由于和大气的直接接触、热辐射再次将热量返回大气,加上大气运动,就是夜晚虽然没有阳光照射,地表温度却不会很低的原因。太阳和地球之间的广阔空间缺乏物质分布,几乎真空,没有和阳光作用的物质,温度就会比较低,但是若太空阳光照射在物体表面,温度依然会比较高。

地球附近和月球等天体表面的温度不是只有低温,由于地球大气层的厚度大概有1000多公里,只不过主要的质量都分布在距地面100公里的范围内,在近地的几十公里内,温度随着海拔的上升而降低,但是到了电离层之上的大气空间,由于阳光对稀薄大气分子的作用,那里的温度可以达到数千摄氏度,不过也由于物质分布稀薄,热量难以传导,人在那里可能感受不到温度有多高,只有阳光直接照射到皮肤上才感觉到热。月球表面其实也不是没有大气,而是有极其稀薄的散逸层,白天受阳光照射温度可以达到一百多度,但是到了晚上稀薄的散逸层无法保持热量,月球表面的热量又快速地辐射出去,温度可降低至-180℃。

人感觉到的变热是温度的上升,是因为接触到的物体温度高于人体,这需要物体本身要吸收足够的热量,物体的热量经传导的方式进入人体,由于热量传递太快,皮肤感受器才感受到热等感觉。

地球地表的热量主要都是来自太阳光的辐射,太阳光辐射主要是黑体辐射,太阳光为地球上所有的生物提供了热量。

太阳的表面温度达到了6000℃,太阳中心温度接近2000万℃,那就有疑问了,太阳温度这么高,为什么到达地球上温度却是刚刚好呢?


这可能得益于地球的地理位置,由于地球的位置和太阳之间的距离保持的非常完美,当它们之间的距离太紧的时候可能地球就真的被烤成火炉了。还有就是地球有大气层的保护,在地球上不管是土地还是水体,都可以吸收一部分的热量,并把这些热量固定在地球上,所以地球的温度才会保持在一个合适的状态。

太阳的热量那么大,我们就在思考为什么地球和太阳的太空之间却是冷的?

先来说热量是怎么才能传播的,根据物理知识,热量的传播有三种途径,传导,辐射和对流。

传导:最直观的例子就是冬天在火炉边烤手,传导要求的必须是有传导介质;

对流:就是当分子运动加快,就会推动周边的空气分子剧烈运动,成波形将热量传递出去。

当我们在火炉边的时候,尽管没有肢体接触火源,但是依旧会感觉到温度这就是空气的传导作用;辐射:红外线取暖器就是这个原理。

在地球和太阳之间的太空中,要想有热量,就必须有这三种途径中的一种。

我们都知道太空是一个真空的环境,所以是不会存在对流,传导是需要介质的那传导也是不可能的,因此只剩下辐射。太阳光辐射可以让物体表面加温,但是在太空中微波和可见光一晃而过,没有物质吸收或者暂留这些光线。这也就是说三种热量传递的方式都不行,自然在太空中是没有温度的。

太空是个真空环境,光虽然可以在真空中传播,但是问题是温度不可以,温度是需要介质的。温度在本质上是分子的高速运动,而在太空中每立方厘米也就只有那么几个原子,再怎么高速运动都不会产生温度的。

太阳的热量照向地球的时候,也是由于地球和太阳之间的真空环境中没有可以传导热量的介质。因此地球和太阳之间的太空中温度一直那么低。


宇宙空间的温度是接近绝对零度的,而太阳的表面温度就高达5770℃,因此很多人都疑惑为什么在太阳温度如此之高的情况下,地球周围的太空却依旧接近绝对零度。

在解释这个问题之前我们首先要了解温度是什么:我们人类所能感觉到的寒冷和炎热其实是大气分子运动剧烈程度的一种表现,温度越高就说明分子运动程度越剧烈,因此温度产生的前提就是要有足够多的分子才行,而宇宙空间每立方厘米只有几个原子,这些原子再怎么运动也无法给人实质性的温度感受,因此地球和太阳之间的太空才这么冷。

太阳本质上就是一个巨型等离子体,以核聚变为能量来源的太阳每时每刻都在向外发射电磁波(光本质上也是电磁波),这些电磁波经过8分20秒的飞行后就会抵达地球大气层,而地球大气层中的巨量分子则会吸收这些能量从而高速运动,于是气温就升高了。

需要指出的是大气层仅仅只吸收了太阳辐射的一小部分,而大部分太阳辐射都成功打到了地表,地表吸收太阳辐射后会继续向外辐射电磁波,而这部分电磁波又会被临近地表的空气分子吸收,于是温度又升高了。

地球之所以能够在寒冷的太空中保持宜人的温度,最大的功臣就是地球厚密的大气层和地磁场,前者保证地球有巨量分子可以通过吸收太阳辐射的方式产生温度,后者保证地球的大气层不会被太阳辐射中的高能带电粒子所剥离。

太空很冷,地球却非常热?

太阳照射地球,先经过太空,而太空很冷,是因为太空没有空气层,也就是没有保温层,热量不会停留,四周无限开阔,热量没有局限因此很冷。

而太阳后照到地球,地球却很热,是因为地球有很厚的保温屋,一千KM至一千四百KM(公里)的空气层,其中总质量的百分之八十九点二,在三十KM以内,想想看,那么厚的吸热层,要贮存多少热能和热量,还有地球表体吸收的热量。晚上没有太阳照射时,靠地球自身散发贮存热量,和外围保温屋的热量,使人们感觉不到冷。白天太阳直射点时,本来的热量不能扩散,还继续吸收太阳补充的热量,所以人们感觉很热!

温度虽然是一个很宏观的概念,但本质上其实是分子的高速运动,地球之所以能感觉到太阳光带来的热量,就是因为地球大气层有着海量大气分子


在太空中讨论温度是没有意义的,因为太空每立方厘米只有几个原子,这几个原子再怎么运动也不可能给人温暖的感觉,这也是为什么宇宙空间温度接近绝对零度的原因,宇航员如果不慎死在太空的话也会变成一具冰冻的尸体,或者被地球引力拉倒大气层内烧成灰。

1.5亿千米外的太阳光需要8分20秒才能到达地球,我们人类沐浴着这“过期”的阳光繁衍生息,我们感觉到的温暖全仰仗大气分子在太阳光子下的剧烈运动,而光的本质也是电磁波的一种,太阳除了可见光外还向地球轰击着高能带电粒子,这些粒字曾经剥离过火星大气层从而让火星变成了红色星球。

地球磁场保护我们免受高能粒子的侵袭,太阳光里的光子在打到地表后,地表本身又会反过来加热空气分子,然后再加上大气层这个厚实的“保温被”,地球才能在接近绝对零度的太空中拥有舒服的温度。

太阳系内的金星也有浓厚的大气层,然而它的大气层几乎全是二氧化碳,温室效应让金星温度达到了上百摄氏度,由此可见大气层的成分也很重要。

太空中的空间站在面向太阳的时候其表面温度可达上百摄氏度,而背向太阳时又会降到零下几百摄氏度

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关键词: 变热 照到 太阳光 地球