同在太陽下,為什麼太空寒冷而地球卻很熱?

2020-12-03 李論科學

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我們平時說一個物體內部具有熱量(能量),一般用溫度這個物理量來衡量,溫度越高說明物體內所具有的熱量越多,溫度越低說明物體所攜帶的熱量較低。那麼熱量是如何產生的呢?熱量其實是物體內分子隨機運動的結果,運動越劇烈,分子平均動能越高,相應的溫度就越高;運動得越緩慢、分子的平均動能越低,相應的溫度也越低。

以上就是溫度和熱量之間的關係。在日常生活中,我們知道熱量是會從一個高溫系統到低溫系統發生轉移,這其實就是熱傳遞的過程,一般我們會認為傳遞熱量必須要存在介質碰撞以交換粒子動能或者存在能量載體的交換,但往往我們會忽視掉交換能量載體這一項,因此就產生了如題所說的疑問,太空是真空的太陽熱量如何傳遞給地球?就像暖水瓶瓶膽中是真空的,可以保溫一樣。

熱傳遞的方式

這個問題其實很簡單,我們只需知道宇宙中存在哪些熱傳遞方式就行了!熱量或能量從一個系統到另外一個系統總共有三種傳遞方式:

熱傳導我們知道任何物質是由有原子或者是原子組成的分子構成的,這些粒子會在物質中隨機的運動以產生熱量,如果一個高溫物體與兩外一個低溫物體發生接觸的話,表面的原子或者分子就會發生碰撞,那麼高溫物體由於溫度較高,粒子所具有的平均動能就越高,在粒子與粒子之間的碰撞中,高動能粒子就會將自己的一部分動能傳遞給低動能的粒子。

那麼表現出來的就是,平均粒子動能較高的物質溫度降低,而平均粒子動能較低的物質由於粒子獲得了運動速度所以溫度就會升高。這種傳遞熱量的方式在金屬物質中表現得更為明顯,這就是為什麼在同樣的溫度下,我們拿鐵東西會感覺更涼的原因。下面再舉一個簡單的例子。

我們人身體表面的溫度是恆定的,而周圍空氣的溫度會發生變化,當周圍空氣溫度低於人身體的溫度時,大量空氣分子與我們身體在頻繁的碰撞中就會把我們身體表面的熱量帶走,所以我們就會感到天氣好冷。反過來,周圍空氣溫度高於身體溫度,說明空氣分子運動的更加劇烈,在它們與我們人體表面碰撞的過程中,就會把動能傳遞給我們身體表面,我們就會覺得天氣好熱。

熱對流熱對流一般指的是流體介質中發生的熱交換過程,一般會通過流體的上升和下降會使得整個介質內快速的達到均衡的溫度,例如:我們在燒水的過程中,鍋底部的水會率先與鍋底通過傳導的方式交換熱量,但是想要通過水中粒子和粒子的碰撞將底部的熱量傳遞到上層,這個過程就比較緩慢,由於熱對流的存在,底部的熱水就會上升,而上部的冷水就會下降,形成循環,這樣就會使得整個系統快速的獲得熱量,並達到溫度均衡。

冬天的暖氣,地球大氣的熱對流都是這樣的。

熱輻射這種傳遞能量的方式是直接通過交換能量載體來實現的,並不需要任何的介質,不需要原子和分子的碰撞就可以實現能量交換。在宇宙中任何比絕對零度高的物體,也就是任何具有溫度的物體都會向外輻射電磁波,溫度越高,輻射的電磁波能量就越高,而電磁波的能量大小具體就表現在它的波長上,所以熱輻射是一個連續的光譜,一般的熱輻射都是波長較長的紅外線和可見光。

由於這種交換電磁波(能量載體)傳遞能量的方式不需要任何介質,因為光傳播不需要介質,所以是真空宇宙中傳遞熱量的方式。其實到這裡問題已經解決了,不過下面我再多說一個問題。

宇宙中沒有絕對的真空

我們常說真空不空,空間中存在著固有的能量,會在極短的時間內發生量子波動。這是在量子層面的說法。但是在宏觀宇宙中的真空也存在著物質,只不過密度非常低,一平方米不到一個原子,如此低的密度,所以不存在熱傳導和熱對流現象。因此太空中的溫度非常低。

太陽只能通過熱輻射的方式才能給地球傳遞熱量。

而熱輻射這種方式是三種熱傳遞方式中效率最低的,所以我們人體假如暴露在了外太空中,我們應該感受不到外太空是冷的,而我們身體內的熱量只會通過熱輻射的方式緩慢的流失,因此我們並不會死於寒冷、凍結,而是會死於低壓導致的肺部破裂。

太陽光如何加熱地球大氣

太陽通過核心聚變來發光發熱,最初的產生的光子是高能量的伽馬射線,這樣的高能量光子會對任何生物造成嚴重的電離輻射,但是幸運的是,伽馬射線產生後並不能第一時間逃離太陽表面,而是會在核心到達表面的過程中與帶電粒子發生隨機碰撞,因此由於每個光子發生碰撞的次數以及逃離的路徑不同,這些光子在達到太陽表面時就會攜帶不同的能量,也就是波長各不相同。這就是為什麼我們說太陽光譜是一個連續的光譜,在各個波段都有光子,但在可見光波段達到了高峰。

正是太陽光的這種性質,地球上的生物大部分對可見光波段的電磁波最為敏感。在太陽光到達地球以後,地球的大氣並不能直接吸收可見光來為自己增加熱量,而是可見光被地表吸收以後,地表升溫以後發出紅外輻射才能加熱底層大氣,底層大氣升溫上升又會與高層大氣發生對流來交換熱量,這就是為什麼高山上常年積雪的原因。

這就是太陽從遙遠的太空加熱地球大氣的過程,正是由於電磁輻射和大氣的存在才讓我們感覺到了舒適的溫度。

相關焦點

  • 同一個太陽,為何太空中如此寒冷,而地球上卻又非常的熱呢?
    ,但是在太空中確是非常非常的寒冷,這究竟是為什麼呢?那麼熱傳遞就意味著肯定是要從a傳遞到b。那麼這個中間肯定是存在能量載體的轉換的,對於我們來說,我們所了解的太空是一個真空的狀態,那麼太陽上的熱量又是如何傳遞到地球上的呢?那麼首先我們就必須要了解到這個熱傳遞的三種方式分別是什麼。
  • 太陽能把熱量傳到地球,為什麼太陽到地球之間的太空是寒冷的?
    而正是因為這種高溫,太陽才能在離地球1.5億公裡遠的地方,給地球帶來溫度,地球有溫度就能產生生命,使生命得以繼續生存下去,說到這裡,也許許多人會問,太陽的「熱量」是否能夠在1.5億公裡的宇宙空間內傳送到地球上,但為什麼太陽到地球的宇宙空間還這麼寒冷呢?
  • 既然太陽這麼熱,為什麼太空卻很冷?
    有意思的是,雖然地球在億萬公裡外被灼燒,但是外層空間卻仍然寒冷無比,。那麼問題來了,既然太陽這麼熱,為什麼太空會這麼冷呢?輻射熱傳遞是物體以光的形式釋放熱量的過程,在室溫下,包括我們人類在內的所有物體都以紅外線輻射熱量。正是因為如此,熱成像照相機甚至在夜間也能探測到物體。物體溫度越高,輻射就越多,而太陽就是通過這種方式傳遞熱量的,它可以在整個太陽系中通過輻射傳遞熱量。
  • 太陽能把熱量傳遞地球來,而地球與太陽之間為什麼是那麼寒冷的?
    現在世界上最耐高溫的材料是鉿合金,它在標準大氣下的熔點為4200 ℃,是地球上熔點最高的材料,但即便如此,太陽表面的鉿合金也會被熔化,即使鉿合金能承受6000 ℃的高溫,地球上也沒有任何材料能承受這個溫度,也就是說,如果把地球放在太陽表面, 地球會完全融化或蒸發,正是因為溫度高,太陽能在離地球1.5
  • 太陽光穿過宇宙空間,為什麼地球能夠變熱,而太空還是寒冷的?
    首先我們得糾正下一個觀念,太空中並不冷,冷和熱對於我人體衡量的指標只有一個,即人體熱量產生於散失的比較,如果是盈餘,那麼感覺就會有點熱,如果是虧損,那麼感覺就會有點冷,如果收支平衡,感覺是最舒適的!但太空不冷並不足以解釋太陽光照到地球讓地球變熱,我們需要有別的理由來說明。溫度的本質是什麼?宏觀的溫度就是人體對冷和熱的感知,但從微觀角度來說它只是表示物體微觀粒子的運動劇烈程度!不過對於溫度的認知還是有一個歷史過程。史上第一隻能感知溫度變化的溫度計就出自伽利略之手,當然它非常原始,只能作為參考!
  • 太陽是熱的,地球是暖的,為什麼地球與太空之間卻是冷的?
    太陽是地球重要的能量來源。每當我們在清晨打開窗戶的時候,就會接收到來自太陽的第一縷陽光。太陽給我們帶來最直觀的能量,就是熱量。為什麼我們在夏天的時候會熱的開空調,而到了冬天則會穿上厚厚的大衣,正是因為我們能夠接受到太陽熱量的多與少。不僅如此,石油被喻為是工業生產的「血液」。
  • 太陽表面溫度超乎想像,地球也被溫暖,為何太空卻一直寒冷?
    太陽表面溫度超乎想像,地球也被溫暖,為何太空卻一直寒冷?地球生為宇宙中唯一能夠孕育生命的星球,讓很多人不得不感嘆它的偉大之處,伴隨而來的是眾人的質疑,難道僅僅只有地球有生命存在嗎?宇宙中數以萬計的星球真的沒有出現過其他生命嗎?
  • 太陽溫度達5500度,連地球都曬熱了,為什麼地球外的太空是冰冷的
    太陽表面溫度大約是5500K,地球上的溫度也挺溫暖,但地球與太陽之間的太空給我們的感覺卻是非常寒冷的,無論是在《阿波羅13》中還是在科幻片比如《復仇者聯盟》中的烏木喉就是這樣領盒飯了,還有《異形》中被吸入太空的異形寶寶,那麼事實真的是這樣嗎?
  • 太陽表面溫度接近6000℃,地球都曬熱了,為何太空卻那麼冷?
    太陽說到這裡我們可能會感覺疑惑,太陽的表面溫度達到6000攝氏度,把地球都給烤熱了,可是為什麼太陽和地球之間的太空卻是寒冷的呢,其實錯了,地球上的溫度其實是自己產生的,為什麼這麼說呢?那是因為地球上的分子密度會隨高度的上升而降低,分子密度越低意味著分子越少,發生碰撞的機率越小,產生的熱量就越少,所以溫度就越低,山頂上的分子密度比地面要小,所以山頂溫度自然比地面要低。還有人問,風扇不是讓分子的運動速度,按理說應該會感覺熱,為什麼會感覺冷啊?
  • 太陽表面溫度接近6000℃,地球都曬熱了,為何太空卻那麼冷?
    太陽說到這裡我們可能會感覺疑惑,太陽的表面溫度達到6000攝氏度,把地球都給烤熱了,可是為什麼太陽和地球之間的太空卻是寒冷的呢?要想知道這個答案,我們首先要知道溫度的本質是什麼,什麼是溫度?地球到處都是分子明白了溫度的本質,我們再來看看地球上的溫度是如何產生的,一直以來我們都以為地球上的溫度是太陽帶來的,其實錯了,地球上的溫度其實是自己產生的,為什麼這麼說呢?
  • 太陽和地球之間的太空冷到不行,為何太陽光照到地球卻能變熱呢?
    有的人會覺得很奇怪,為什麼太陽光是經過太空照射到地球的,為什麼地球沐浴在太陽的光澤下非常的溫暖,太空卻依然那麼的寒冷呢? 為什麼太空中那麼多正在「燃燒」的恆星,溫度卻沒有絲毫的上升,永遠處於絕對零度的狀態呢?
  • 熾熱的太陽烤得地球都如此溫暖,可為什麼太空中卻是無比寒冷呢?
    當然,只是有太陽也是不夠的,還有我們自身距離太陽的距離也是十分重要的,太遠自然是會過於寒冷,可是如果再近一些,恐怕地球也就要被烤熟了。因為太陽實在是太過熾熱了。那麼太陽到底有多熱呢?如果用我們所熟悉的攝氏度來表示,那麼差不多也有五千五百度左右吧,這還只不過是太陽表面的溫度而已。根據科學家的推測,太陽中心的溫度恐怕可以達到兩千萬攝氏度。
  • 太陽表面溫度高達5000攝氏度,為何地球全球變暖,太空還如此寒冷
    太陽是太陽系內的主導星球,對於地球和人類來說,有著至關重要的作用和意義,若是沒了太陽的庇護,地球頃刻間將失去光明和溫度,地球會進入無邊無際的冰河季,且一片漆黑。在這漫長的歲月裡,地球生命逐漸凋零,其中自然也包括了人類。
  • 地球溫度由太陽傳遞而來,為何太陽到地球之間的太空卻是冰冷的?
    筆者/冰辰書生前言當夏天來臨,很多人都會有這樣的感覺,那就是熱。烈日當空照,太陽公公拼命地燃燒自己,將熱量帶到地球,溫暖著我們,但有些時候也會讓我們熱到不行。或許我們會有這樣的疑問,太陽在向地球傳遞熱量的時候,為什麼熱量到達地球會讓我們覺得熱?而熱量從太陽到地球這段距離是如此寒冷,這是為什麼呢?接下來就讓我們一起去探索真相吧!首先我們要知道一個常識,太陽溫度是非常高的。
  • 太陽表面接近6000度,地球都曬熱了,為何太空溫度是絕對零度
    太陽是太陽系絕對的主宰,它的質量佔據太陽系總質量99.86%以上。太陽的核聚變反應使得太陽的溫度極高,太陽的表面溫度高達6000度,內核溫度高達1500萬度。可問題來了,為什麼地球可以被太陽曬熱了,可為什麼太空的溫度卻接近絕對零度?
  • 太陽那麼熱, 為什麼太空那麼冷呢?
    太陽是個熱源,太陽那也不是時時刻刻在進行核聚變,將氫轉變成氦,每秒鐘有3000多個原子參與和反應,產生的能量以光的形式從太陽表面散發出去,形成熱量。太陽在這自身強大重力吸引下,太陽中心區處於高密度、高溫和高壓狀態。是太陽巨大能量的發祥地。
  • 太陽表面溫度超過5000度,宇宙空間卻是異常寒冷,為什麼
    地球表面平均溫度大概在15℃左右。當我們站在太陽底下,可以明顯感受到來自太陽的溫暖,特別是在這個炎熱的夏天,那是高達30-40℃的氣溫。對於來自太陽的溫暖,我們知道,這是因為太陽一直在核聚變反應,向外源源不斷地釋放光和熱量。太陽核心處的溫度高達1500萬攝氏度,即使是表面也超過5000℃。可以說,來自太陽的熱量,溫暖著太陽系內一切物體。
  • 太陽溫度高達5700度,地球都被曬熱了,為何太空還是那麼冷
    沒有了太陽,地球將變得灰沉沉一片,沒有了絢麗多彩的風景,更不會有像現在如此溫暖的溫度,所以太陽對於我們地球而言是非常重要的。我們地球與太陽的距離大約是1.5億千米,在這一中間的溫度居然是非常寒冷的,要知道太陽表面的溫度就高達5500K了,為什麼會出現這樣的現象呢?其背後的原因究竟是什麼?如何定義溫度這個詞呢?
  • 太陽表面五千度,地球都曬到全球變暖了,為什麼太空還是冰冷的?
    太陽可能是小盆友們學會畫的第一個對象,萬物生長靠太陽嘛,畫上花花草草的同時總會左上角或者右上角畫上一個光芒四射的太陽!確實連小朋友都知道,地球上的熱量幾乎都來自太陽,它對人類太重要了!,為什麼地球都曬燙了,太陽和地球之間的太空卻冰冷無比?
  • 為什麼冬季地球處於太陽的近日點,卻很寒冷?
    可能很多人一看到近日點遠日點的就以為近日點遠日點和太陽之間距離的差值很大,實際上,在近日點時,地球和太陽的距離1.47億公裡,而在遠日點的時候,地球和太陽的距離為1.52億公裡,這個差距只有500萬公裡,可見並不大,至少跟日地平均距離1.5億公裡比起來的話,影響係數連5%都不到,可見距離的影響可以說是很小的。既然這樣,那麼地球上分明的一年四季,到底是為什麼呢?