太阳的温度很高,表面温度有五千,太阳温度那么高太空为什么那么冷
比如月球夜间甚至低到-183℃,需要核电池产生热量来保温,而在近地轨道的太空也是冷到结冰,阿波罗13号当年从月球返回地球,由于服务舱爆炸,电池电量不足,几位宇航员冻到发抖,而在《复仇者联盟》中的乌木喉,直接在太空中冻成了冰坨坨,地球都晒热了,为什么天空是冰冷的?
温度是怎
尽管地球上最冷时能达-93.2℃,最热时则能到56.7℃,但地球最近数千年来的平均温度一直维持在15℃左右,令人非常好奇的是,太阳的温度在5500K左右,大约是5226℃,在太阳和地球之间广袤的太空却处接近绝对零度!
比如月球夜间甚至低到-183℃,需要核电池产生热量来保温,而在近地轨道的太空也是冷到结冰,阿波罗13号当年从月球返回地球,由于服务舱爆炸,电池电量不足,几位宇航员冻到发抖,而在《复仇者联盟》中的乌木喉,直接在太空中冻成了冰坨坨,地球都晒热了,为什么天空是冰冷的?
温度是怎么来的?
在了解温度之前,先来大致了解下太阳为什么会发光发热:太阳是个直径大约140万千米的恒星,如此大质量的天体,引力坍缩导致的内核温度升到了极高的程度,使得氢原子的电子已经脱离轨道,原子核处在离子状态。
而超高温度下,氢原子核的碰撞聚变成了氦原子,在这个过程中损失的那部分质量转变成了能量,而在太阳内部,大约有一个直径30多万千米的区域正在进行着这样的反应,太阳的热量就是从这散发出去的。
这个部位的热量通过辐射、对流传导到了表面,将整个太阳都烧成了等离子状态,地球上晒到的光和热就是太阳表面散发出来的,但能量来源在内核部位。
温度到底是什么?
上文中刚刚聊到了太阳内核部位的聚变过程,由于引力坍缩的能量输入,氢原子的电子已经游离,处在等离子状态,而原子核之间的剧烈运动导致了碰撞的发生,也就是核聚变产生的真正原因。
在这个过程中,引力坍缩是能量来源,碰撞是过程,聚变和释放能量是结果,而表现就是温度!举例的是太阳内核,但温度的本质是微观粒子的运动却是不会改变的,这个道理早在100多年前前赴后继的科学家就已经发现了。
比如开水烫到人,那是水分子剧烈运动碰撞了人的皮肤,能量被皮肤吸收,超过了皮肤承受极限而烫伤,假如温度低一些,那么撞击到皮肤的水分子能量就不一定会伤到人,反而会让我们暖洋洋的很舒服。
假如微观粒子都静止不动了,那么它的温度就趋向于绝对零度,当然这是一个不可到达的温度,只能通过物理计算。
热有几种传递方式?
冬日里泡热水澡就是热的一种传导方式,温热的水接触到了人体,将热量传递给了皮肤,这是传导,还有一种就是晒太阳,暖洋洋的阳光晒在人身上,浑身舒坦,这就是热的辐射方式,媒介是光(包括可见光和其他不可见的低频(红外)高频辐射(紫外))。
光子撞击皮肤,将能量传递给了人体皮肤原子外围的电子,使得电子能级跃升,再跌落释放出能量,再吸收,再跌落一直重复这个过程,使得人体温度上升,当然如果光子能量很大,那么会灼伤人,比如用透镜聚光或者夏日里暴晒太久。
还有一种则是对流,这个方式在北方比较多见,冬天的取暖片上方感觉最热就是这个原因。
为什么太空那么冷
了解了热传递的三种方式,那么讨论太空冷热就简单多了,温度的本质是微观粒子的运动,所以它需要一种媒介来表现,那么太空中用什么媒介来表现温度呢?答案是没有!因为理论上的太空可以用宏观状态的“什么都没有”来表达。
但事实上太阳系内的太空仍然充斥这大量的带电粒子,这是来自太阳的高能粒子,也有黄道面上聚集的大量尘埃,但这就是和地球最稀薄的100千米高度的大气层顶端分子数量都无法相比,能表现出温度的媒介太少,所以理论上的太空是“温度”是很低的。
黄道光成因
就像大气层中有一个热层,此处的温度高达成百上千度,但却非常寒冷,因为整体能给予的能量太少了!所以在几乎没有任何粒子运动的太空,它的温度接近绝对零度。
太空真的那么冷吗?
有一种误解是太空真的很冷,人到了太空马上就会结冰,但这其实错得很离谱,人体感觉冷有几种状况,比如接触冰块或者被寒风吹到,会感觉很冷,但在太空,既没有寒风也没有冰块,请问怎么个冷法?
当然还有辐射会降温,但人体体温本来就不高,辐射散热效率很低,人体并不会瞬间结冰,所以太空并不冷,但最可怕的不是这个因素,而是“真空”,这个状态下,人体表面液体会大量蒸发带走热量,这才是低温的来源,但人体表面水分有限,很快就会停止,人体也会在死亡后通过辐射慢慢降温,最终还是会结冰,只是过程会很久。
比如丢一坨水到太空,它并不会先结冰,而是先沸腾,在沸腾过程中被带走大量的热后结冰,要不然太空中的冰是哪来的,不都变成水蒸气了么?
地球真的是被晒热的吗?
准确的说,地球并不是被晒热的,而是被捂热的!地球和火星很大的不同就是有一个比较厚实的大气层,还有水蒸气以及二氧化碳等,还有水圈和岩石圈等组成!
其中最关键的有两个,一个是大气圈,一个是水圈,这是地球保温的最大功臣,假如没有这两个温室效应,那么地球的温度大约会是-21℃,当然这个温度下赤道还是会比较温暖,但夜间也会冰冷刺骨,而其他地区则会滴水成冰,生命根本就不会诞生!
所以适当的温室效应是必须的,但过高也会导致严重后果,就像金星就是温室效应失控了,表面温度超过450℃,简直比地狱还地狱!
太阳表面5500度,地球都晒热了,为什么太空却接近绝对零度?
从太阳系中八大行星的温度变化上看, 太阳的光芒并不是只对地球有用,而是散布在宇宙空间中, 于是就有了“宜居带”和其他地带的分别。
但是为什么同样是在太阳的照射下, 地球都热了,宇宙空间却成了科学家们总结的接近绝对零度呢? 哪怕是在同一个距离下的太空也没有温度,这是为什么?
我们常说地球上生命的诞生离不开空气、水和阳光,而地球上适宜的温度的也正好造就成了生命诞生和发展的天堂。那么要问 地球上的这些热量主要来自哪里? 即便不是在这个稍冷的季节,脱口而出的答案也依旧会是 :太阳。
那太阳的热能又是怎么出现的呢?有个简单的回答:核聚变反应。要是还要问到底: 什么是核聚变?
说得通俗点,就是 在超高温和超高压的条件下,两个原子核相互吸引碰撞而产生的聚合作用, 也就是两个原生质量较轻的原子核 生成了新的质量的原子核, 在这一过程中被释放出来的中子和电子就是人类所说的能量,也就是热能。
要是再通俗点,就 类似于氢弹爆炸产生的结果影响。 太阳的热量就是这么来的,其反应时表面温度可以达到5500度。
太阳内部因为其本身庞大的质量而具有的巨大引力塌缩导致内核温度极高,原子核已经是离子的状态,巨量的核聚变反应让太阳产生巨大热量, 这股热量直接被抛到太空当中,只有二十亿分之一会来到地球大气层外。
这其中还有30%会被大气层反射回去,再被吸收两成左右, 剩下的约47%才会被传递到地球表面。
除了太阳的热量, 地球本身也有温度, 比如地壳之下的岩浆还有人类工业的干扰。当然岩浆只要不爆发出来,一般都不会影响到地表的温度变化,而工业的发展产生的温室气体,也就是打破地表温度平衡的根本,从而形成了“温室效应”。
可都是吸收太阳的热量,为什么太空依旧是冰冷的,而地球表面的温度却可以维持在固定的范围能之内?
首先我们先说一下地球的温度可以一直维持的原因,最显著的功臣自然是将整个地球环抱着的 大气层。
前面已经说到,当太阳的温度传递到地球时的影响,所以温度不会升得太离谱。
在没有强大的人力刻意干扰下,被 地面吸收的热量会在晚上以长波辐射的形式返回去,又被大气层拦住, 不会流失太多,也就起到了调节和保温作用。
因此,地球的大气层就像是一层厚厚的被子,直接裹住地球,既可以削弱太阳辐射,防止地球直接吸收热量导致过热,又可以拦截被释放的热量,防止其“逃跑”,将地球温度控制在合适的范围。
太空为什么这么冷?真的是绝对零度?
也就是说, 绝对零度代表着物质几乎完全静止,就是说这个物质没有运动。 但是在物理学上,我们知道世界上不存在没有运动的物质,所以绝对 零度只是一个温度下限的理论概念,并不会真实存在。 那么太空中的气温真的接近绝对零度吗?
太空环境和地球不一样,其是 相对真空的状态。 为什么这有一个“相对”?因为这只是针对地球来说,太空 也不完全是真空的,仍有极少数原子存在。 而太空的温度为什么那么低?这就又涉及到温度的传播原理。
温度怎么传播呢? 温度的本质就是物质原子的不规则运动产生的平均动能, 其表现形式就是不同物质的不同温度。物质原子 运动速度越快,温度也就越高。
既然都说了是“物质”的温度,那么也就很容易理解,温度是两个物质之间的相互影响,一般都是 从高热量传递到低热量。 因此,当物质的原子运动速度趋近于零的时候,其温度也就无限趋近于绝对零度。
而在太空中,因为 缺少物质扩充,处于真空状态,原子之间几乎没有任何机会可以发生碰撞,温度很难被传递开来。 所以,太空中能够吸收太阳温度的物质并不多,原子运动也微乎其微,远不能和地球上的频繁物质活动相比较,太空气温才会那么低。
同时宇宙还在加速膨胀,原子之间的距离会被拉得更开,温度也就会越来越低,无限趋近于绝对零度。
正如前面所提到的大气层的调节和保温作用,其实地球的温度变化虽然主要来源于太阳,但也少不了大气层的保护。一个供给热量,一个储存热量,对地球来说,这二者缺一不可。
太阳表面5500度,地球都晒热了,为什么太空却接近绝对零度?
一般来说,我们都是从自己的生活经验出发来认识身边的事物的,但是这些经验肯定是非常有限的,它只在我们生活的环境中成立,一旦涉及到另外的环境,就会冷不丁地给我们带来一些疑问,比如我们都知道 太阳的温度是非常高的,地球之所以有适宜生命生存的温度也得益于此,但是它周围的宇宙空间却没有受到影响,几乎接近绝对零度 ,这又是什么原理呢?
地球是众多围绕太阳运转的行星之一, 没有太阳,地球就会陷入冰冷和黑暗,生命就会失去生存必需的光和热。 在很多人的印象里,太阳就是一个终日熊熊燃烧的大火球,似乎永远不会燃尽,这个印象当然是错误的。
首先太阳之所以会产生源源不断的光和热,并不是燃烧的结果,而是 来源于在它表面发生的核聚变反应 ,在构成太阳的物质中, 氢和氦占据了98%,它们以等离子态的形式存在 ,而恒星内部本身的高压和高温促使氢原子和氢原子之间相互碰撞,并且发生聚合反应,生成氦原子,而在这个反应发生的过程中,会释放出很大的能量,这也就是核武器研制的原理。
作为太阳系的中心,太阳的体量是非常大的,而氢是它最主要的物质组成成分,也就是说, 基本上整个太阳的性质都是由这些核聚变反应决定的。 但是在这种源源不断地释放热量的过程中, 只有很少的一部分会来到地球,这一方面是太空环境的阻碍,另一方面也是地球大气的自我保护作用。
但是 太阳释放光和热的过程并不是永无止境的。 太阳虽然相比地球而言是一颗非常巨大的恒星,但是在宇宙的时间轴上,任何事物都会有走向消亡的一天,太阳拥有的氢元素总有一天是会用完的,当再也没有足够的氢可以发生聚合反应的时候,太阳这颗恒星就走到了终点。
不过那又是几十甚至上百亿年之后的事情了,而人类 历史 能够超越这个时间长度的可能性还是很低的。再说回太阳释放的光和热,我们说地球正是因为获得了其中的一部分才有了现在的生态,那为什么距离太阳更近的宇宙空间却好像完全与之隔绝了一样,依然保持着一成不变的低温呢?
要回答这个问题,要先了解温度传播的一些必要条件和固有特性。 温度,从根源上讲,是由物质的高速运动带来的结果, 也就是说它必须要有两个先决条件, 一是物质原子,二是高速运动, 运动速度越快,产生的动能越多,温度也就越高,简言之,无物质,不温度。所以温度的传递也是一样的道理,热量都是由高到低,从一个物质传递到另一个物质身上。
但是太空环境在第一个条件上就栽了跟头,因为这里 存在的物质原子非常稀少 ,也就是我们常说的真空环境,这就好比在太阳和它周围的太空环境之间没有架起一座可以联通的桥梁, 太阳就算释放出再多的热量,对于太空而言只能是镜花水月,看得见摸不着, 即使存在一些物质原子,但都是极为稀薄的情况,彼此之间根本就无法产生碰撞,也就不用谈传递热能了。
同时这样的情形也因为另外一个因素更加稳固。根据宇宙大爆炸的理论, 当前的宇宙是从一个高密高温的奇点爆炸后经过膨胀产生的,并且这个膨胀过程仍然在继续进行着 ,在这种大背景下, 太空环境中的物质原子之间的距离只会越来越远,太阳的热量也就更不可能进入到其中了。
在这诸多因素的影响下, 太空的温度基本上始终接近绝对零度, 为什么说接近呢?因为绝对零度只是一个理论上的推算结果,并不真实存在。温度是物质原子运动的结果,那么反之就可以推出, 时空当中的最低温度将出现在处于绝对静止的物质身上。
但是绝对静止状态是不存在的,宇宙中的所有物质要么处在运动状态,要么处在相对静止的状态,后者在严格意义上依然是有运动量的,因此绝对零度,也就是273.15摄氏度这个数值是不存在的 ,物质极度缺乏的太空环境相应地就极度缺乏动能,因此它的温度就会无限接近绝对零度。
太阳如此强烈地释放着光和热,到头来好像却只造福了一个地球,这不禁让人觉得有点可惜,但是同时也会感到感慨,地球能够如此幸运地得到太阳的眷顾,不是火星也不是水星,正好就是这颗毫不起眼的星球,得到了太阳二十亿分之一的热量,这才有了生命的开端,文明的滥觞。
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