可以说太阳是整个太阳系的能量源泉,其内部发生核裂变,每秒燃烧掉6.57亿吨氢,同时产生6.53亿吨氦,两者之间质量相差0.04亿吨,也就是1秒损失400万吨物质。
而这损失的400万吨质量,就以能量的方式辐射整个太阳系,作为太阳系一员的地球,每秒也会接收太阳释放能量的22亿分之一。
正是太阳辐射的热量,才让地球拥有温暖的气候,最终诞生出生命。但是一个让人奇怪的问题是,同样被太阳照射,地球非常温暖,在太阳与地球之间的太空中,温度却非常寒冷,达到-270℃。
同样是被太阳照射,为何地球温暖,太空却非常寒冷,中间能量是怎么传递过来的,为何太阳辐射的热量不能让太空也温暖起来?
温度的本质就是物体内部分子运动程度,物体内分子运动越加激烈,那么温度也就越高,反之,则温度更低。
而热量与温度虽然密切相关,但是它们两者并不相同。温度我们知道单位是摄氏度,而热量的单位就是焦耳。
当热量在传递的过程中,也就是一种能量的转移,会导致物体内部的分子运动变得剧烈起来,温度也就会上升。一般热量的传递方式有三种方式:
我们最熟悉的就是热传导了,平时在炒菜的时候,菜虽然与火并没有直接接触,但是通过铁锅进行热传导,就可以把热量传递给锅中的菜,把菜炒熟。
除了热传导外,就是热对流了,热对流是通过流体的流动,把热量从高温部分传递到低温部分的过程,像我们经常形容热浪袭来,这里的热浪就是高温的空气,携带热量向低温区域流动的过程。
最后一种就是热辐射了,就是用电磁辐射把热量向外辐射,实际上太阳的热量就是以热辐射的方式传递热量。从本质上来说,太阳和微波炉的都是热辐射传递热量。
只不过太阳发出的辐射比较复杂,太阳辐射包含各种波长的电磁波、包括可见光、紫外线和红外线等,其中绝大部分能量都集中在可见光和红外线,紫外线只占极少一部分。而微波炉中主要是波长是12厘米左右的微波。
所以,我们看到的太阳光中,其实是太阳的各种地磁辐射,在其到达地球后,热量就传递到了地球,让地球处于温暖的状态中。
没有太阳的话,地球也不会这么温暖。但是地球能够有现在这样的温度,除了太阳持续加热外,地球自身的能力也占了很大一部分因素。
比如水星,它是太阳系中离太阳最近的星球,理论上来说,水星应该是一个温度非常高的星球才对。但是水星却表现得非常奇怪,面向太阳的一面,温度可以达到400多摄氏度,但是背对太阳的一面,温度却是-190摄氏度。
水星背面的温度已经比地球上最低温度,还要低很多了。在太阳系中,许多星球都是如此,像火星和月球,当正对太阳一面温度高,背对太阳一面温度就很低。
而地球始终保持着温暖的温度,一个主要原因,是因为地球上有一层大气层包裹。大气层在调节地球温度上面起到至关重要的作用。
当太阳热量辐射到地球后,可以激发大气层中的分子,让大气层中的分子活跃起来温度升高。
大气层也可以吸收和散射太阳的热量,在这个过程中,可以让太阳的热量可以一部分到达地球表面,但是这个温度不会太高。
另外温室效应也有助于调节地球的温度,我们都知道二氧化碳和甲烷等,都是温室气体。这是因为二氧化碳等气体是一种红外活性分子,它们能够吸收地球上释放的长红外辐射,当地球表面吸收太阳辐射并释放热量的时候,这些气体会吸收一部分热量,防止其散发到太空中,进而造成了温室效应。
实际上,二氧化碳等温室气体太多或者太少都不好,地球历史上曾经多次因为二氧化碳含量低,而变成了一个冰球,也就是地球雪球事件。而二氧化碳含量太高也不好,就会造成地球温度太高,像金星就是温室气体太多,虽然其没有水星离太阳近,但是整个金星的温度也高达400多度。
这也是为何太阳辐射的热量会把地球晒热,使地球温暖的主要原因,那么知道到地球是如何变热的,那么为何地日间的太空,却异常寒冷呢?
大家有没有想过一个问题,在银河系中有数千亿颗恒星,如果恒星辐射的热量能够让太空变热,那么能够想象,整个银河系的每一处空间中,将会充斥着高温,而不是冰冷的太空。
那么,究竟是什么原因,在太阳辐射穿过太空的时候,没有让太空的温度升高,而是把地球晒热了。
主要原因,是太空中是真空环境,在这样的环境中几乎没有任何物质。而前面说过,温度的本质就是分子的运动剧烈程度,而当太空中没有物质,或者只有极少部分物质的时候,也就不存在温度了。
如果这个地方没有任何物质的话,理论上就没有任何温度,那就接近绝对零度,也就是-273.15摄氏度。
这就涉及到一个热容量的问题了,热容比是物体吸收或者释放一定热量时引起的温度变化,地球上有大气、有海洋和地面可以吸收和释放热量,热容量很大。而太空中几乎没有任何物质,其热容量几乎为零。
因此,不论太阳辐射多少热量,太空都不会吸收和释放,也就不会有任何的温度变化。
实际上,太空中的虽然分子非常少,但不是没有。而且宇宙在大爆炸后遗留下一些电磁波,也就是宇宙微波背景辐射,它几乎遍布宇宙之中,在这些微波与宇宙间少量的分子作用下,使得太空的温度有一点点提升,让宇宙的温度在-270.4摄氏度。
从上面可以看出,为何太阳能加热地球,却无法加热太空的原因。简单来说,就是太阳的辐射可以让地球上的分子剧烈运动产生温度,而太空中几乎没有,或者只有少量的分子,热容量几乎为零,所以就温度寒冷了。