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      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?

      2020-10-16 09:32閱讀(65)

      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?:最根本的原因就在于大氣層!溫度的本質(zhì)是微觀粒子運動劇烈程度的體現(xiàn)!空氣分子運動越劇烈,其氣

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      最根本的原因就在于大氣層!

      溫度的本質(zhì)是微觀粒子運動劇烈程度的體現(xiàn)!

      空氣分子運動越劇烈,其氣溫越高。而太陽射向地球的可是各種電磁波。我們平?匆姷奶柟鈨H是太陽射向地球的極小一部分電磁波。

      電磁波的能量載體是光子,當(dāng)太陽光中的光子撞到地球空氣分子上,會導(dǎo)致空氣分子吸收能量而加劇運動,于是氣溫升高。

      當(dāng)然大部分太陽輻射都被地表吸收了,吸收太陽光的地表中的原子核外電子處于激發(fā)態(tài),也會向外輻射電磁波。于是這些電磁能量首先被空氣分子吸收,再傳到外太空去。

      地表就相當(dāng)是煤氣灶的鍋,空氣就相當(dāng)鍋中的水。加熱水有兩種方式同時進(jìn)行。

      第一種,太陽光直接照射空氣分子上,加劇微觀粒子的運動程度,導(dǎo)致溫度升高。

      第二種,地表的溫度一般比空氣溫度高,在熱力學(xué)定律下,高溫物體向低溫問題傳導(dǎo)溫度。其實在微觀上體現(xiàn),就是地面的土壤原子輻射電磁波,再被空氣分子吸收。

      太陽光照到太空中之所以不會熱,在于太空大部分是真空,而且很空曠

      太空中沒有物質(zhì),就不能吸收太陽發(fā)出的電磁波。如果在太空中隨便取一個空間,這個空間里除了光子,基本沒有其他粒子了。那么光子就不能把它的能量傳遞給其他微觀粒子。既然沒有除了光子之外的微觀粒子,也就很難體現(xiàn)出溫度。太空的溫度也就是單位空間內(nèi)光子的運動劇烈程度,而這體現(xiàn)出的溫度遠(yuǎn)沒有空氣大分子強烈。

      比如月球,由于沒有大氣層,太陽直射到月球表面,其能量不會分散給空氣分子,月球表面會直接吸收這些能量導(dǎo)致最高溫度達(dá)到160℃。

      在月球的夜晚,由于沒有大氣層的遮擋,月球會把多余的能量直接輻射到外太空。導(dǎo)致最低溫度達(dá)到了-180℃。

      大氣層就相當(dāng)是個緩沖帶。地表溫度高了,它會幫忙吸收熱量。到夜晚,大氣層會保存一部分溫度,不至于地面溫度過低。

      夏天溫度高,是由于太陽直射點在這一區(qū)域。這就意味著單位時間內(nèi),太陽射向該區(qū)域的能量多,導(dǎo)致空氣分子運動異常劇烈。即便到了夜晚,空氣分子的劇烈運動程度也不至于降的過低,導(dǎo)致夏天的夜晚也挺熱。

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      “太空是真的空”

      “太空是真的空”,這不是一句玩笑話,而是真實情況就是如此。要了解這個問題,我們要先從宇宙的一些基本屬性說起。

      根據(jù)普朗克衛(wèi)星最新的觀測結(jié)果來看,目前為止,宇宙在千分之六的精度上是平坦的。這里的“平坦”并不是很多人理解的那樣在一塊平地,而是說宇宙在大尺度上幾乎是不彎曲的。

      在此基礎(chǔ)上,科學(xué)家提出了一個概念:宇宙臨界密度。所謂的宇宙臨界密度是指,

      根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論,一個以物質(zhì)為主的宇宙停止膨脹的時候,所對應(yīng)的宇宙密度。

      由此,我們以得出一個關(guān)于宇宙臨界密度的公式:

      公式看不懂其實沒關(guān)系的,我們只要知道,當(dāng)把哈勃常數(shù)已經(jīng)是上面的“H”取值為70 (km/s·Mpc),所對應(yīng)的宇宙臨界密度就是p=0.9*10^-29(g/cm^3),如果把宇宙中的物質(zhì)都視為氫原子,這個密度大概就是1立方米內(nèi)只有一個氫原子,這個空曠的程度是我們目前在任何一個實驗室都做不出的,科學(xué)家所做到最好的“真空”都比這個密度大得多。

      而根據(jù)普朗克衛(wèi)星觀測到的宇宙微波背景輻射得到的哈勃常數(shù)H其實是很接近于70的,也就是說,宇宙的真實密度非常接近于一立方米只有一個氫原子的狀態(tài)。所以,太空其實是非常非常的空,幾乎接近于真空。

      太空會體現(xiàn)出溫度么?

      根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)對于溫度的定義:

      在微觀世界中,分子熱運動的劇烈程度。

      由于太空的這種接近于“真空”的狀態(tài)。所以實際上,太空并不能明顯地體現(xiàn)出溫度來,也就是說,如果有個人在太空中沒宇航服,那他其實不會被凍死,而是因為壓強太低,導(dǎo)致體液沸騰而死,或者是因為壓強太低,導(dǎo)致肺功能障礙而死(也就是憋死)。因此,太空并不是冷到不行,而是很難顯現(xiàn)出溫度來。

      所以,當(dāng)陽光穿過太空的過程中,由于宇宙的密度實在太低,溫度其實很難被表達(dá)出來。說白了就是,太陽光可以在宇宙空間中暢通,很少能撞到分子和原子,讓其熱運動加劇。也就沒有所謂的給太陽加熱的作用了。

      太陽為什么能把熱量傳遞給地球

      而相比于太空的密度,地球的物質(zhì)密度就大太多太多了,是由大量的分子和原子構(gòu)成的,它們是可以吸收到大量的熱讓自身的熱運動急劇的。

      太陽輻射可以使得地球的分子熱運動加劇,反映到宏觀上,就是地球變熱。而且這些熱,并不是一下子消散掉,而是一部分熱量被地球通過大氣和水的比熱容給鎖住了。

      當(dāng)然,變熱也有很多種方式,熱對流,熱輻射和熱傳導(dǎo)。太陽傳遞過地球熱量的主要方式就是熱輻射。而地球?qū)⑦@些熱分?jǐn)偟礁鱾地方就會利用到熱傳導(dǎo)和熱對流。

      不僅如此,由于地球有足夠厚度并且成分比較合理的大氣層,所以可以鎖住一部分熱量,不會讓熱快速消散。其次,地球表面存在大量的水,我們都知道水的比熱容很大,水也可以鎖住大量的熱量。基于這兩點因素,所以地球的晝夜溫差并不大。

      在太陽系內(nèi),地球的能量來源就是太陽,沒有太陽輻射,地球可能還轉(zhuǎn),但是地球上的生命就會消滅殆盡。而這些熱量之所以沒有在光子的傳遞過程中被帶走,就是因為宇宙的密度實在太低而來。

      最后我們來總結(jié)一下,溫度是指微觀世界中,分子熱運動的劇烈程度。根據(jù)觀測和理論計算,宇宙的密度極其低,一立方米大概也就一個氫原子的水平,所以太空不是溫度特別低,而根本體現(xiàn)不出溫度來。其次,地球密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于太空,是由大量的分子和原子構(gòu)成的,因此,地球是有足夠的分子和原子吸收太陽輻射,以至于自身分子熱運動加劇的,這也是為什么地球可以吸收太陽輻射的原因。

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      溫度雖然是一個很宏觀的概念,但本質(zhì)上其實是分子的高速運動,地球之所以能感覺到太陽光帶來的熱量,就是因為地球大氣層有著海量大氣分子


      在太空中討論溫度是沒有意義的,因為太空每立方厘米只有幾個原子,這幾個原子再怎么運動也不可能給人溫暖的感覺,這也是為什么宇宙空間溫度接近絕對零度的原因,宇航員如果不慎死在太空的話也會變成一具冰凍的尸體,或者被地球引力拉倒大氣層內(nèi)燒成灰。

      1.5億千米外的太陽光需要8分20秒才能到達(dá)地球,我們?nèi)祟愩逶≈@“過期”的陽光繁衍生息,我們感覺到的溫暖全仰仗大氣分子在太陽光子下的劇烈運動,而光的本質(zhì)也是電磁波的一種,太陽除了可見光外還向地球轟擊著高能帶電粒子,這些粒字曾經(jīng)剝離過火星大氣層從而讓火星變成了紅色星球。

      地球磁場保護我們免受高能粒子的侵襲,太陽光里的光子在打到地表后,地表本身又會反過來加熱空氣分子,然后再加上大氣層這個厚實的“保溫被”,地球才能在接近絕對零度的太空中擁有舒服的溫度。

      太陽系內(nèi)的金星也有濃厚的大氣層,然而它的大氣層幾乎全是二氧化碳,溫室效應(yīng)讓金星溫度達(dá)到了上百攝氏度,由此可見大氣層的成分也很重要。

      太空中的空間站在面向太陽的時候其表面溫度可達(dá)上百攝氏度,而背向太陽時又會降到零下幾百攝氏度

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      這是一個錯誤的觀點,地球和太陽之間,充滿了輻射熱量,只是沒有感受器去截留,導(dǎo)致熱量飛速逝去。根據(jù)現(xiàn)有的物理學(xué)知識,熱量的傳播只有三種途徑,傳導(dǎo),輻射和對流。

      咱們先說傳導(dǎo),最直觀的例子,我們手持不銹鋼筷子的一端,另一端放在煤氣灶上烤,不一會兒,就會感到燙手,不得不扔掉。日常生活中使用的小到電飯鍋,暖寶寶(里面有鐵粉、食鹽顆粒,傳導(dǎo)起到絕對主力作用),大到熱電廠的鍋爐,化工單位的熱交換器,都是傳導(dǎo)作用。不過,這個作用的限制就是必須有傳導(dǎo)介質(zhì),比如金屬,石頭等等。離開了這個介質(zhì),就談不到傳導(dǎo)。

      第二種方式是對流,空氣分子的運動想對容易,當(dāng)某一區(qū)域的空氣被加熱,分子運動加快,推動周邊的空氣分子劇烈運動,成波形將熱量傳遞出去,這個顯現(xiàn)就是對流,典型的例子:我們處于煤氣灶的旁邊,肢體并沒有接觸到火焰,但是依舊會感到溫暖火熱,這就空氣的傳導(dǎo)作用,不過這個距離是有限的,等我們退到廚房門口,也就2-3米的距離,就感覺不到熱量翻滾了。人們煮水,也是利用的液體對流?粗利惖闹鲖D們在忙飯,大汗淋漓,出了廚房門,就好多了,心疼之。

      第三種方式就是輻射,典型的例子:煉鋼廠,高爐運轉(zhuǎn)的時候,灼熱的鐵水超過到1064攝氏度,我們站在30米外,都會覺得熱,空氣對流不可能有這么遠(yuǎn)的距離,只有輻射。最常見的就是紅外線取暖器啦!

      以上三種方式,能夠作用在茫茫太空的只有輻射。太陽距離地球有1.49億公里,沒有金屬棒傳導(dǎo),真空中也沒有空氣對流。不要以為只有可見光才能夠產(chǎn)生熱輻射,其實熱輻射的最大功臣反而是紅外線和遠(yuǎn)紅外線甚至是微博段,這些都是我們看不到的,這也就解釋了,就算是陰雨天,雖然看不到陽光,我們的大氣溫度不會立即降到冰點的原因。

      太空當(dāng)中,幾乎沒有空氣分子,對流效應(yīng)可以忽略,當(dāng)然也沒有一根鐵棒可以連通地球和太陽,剩下的只有輻射,在近地軌道,陽光直接照射的物體表面,光輻射能夠讓物體表面很快加溫,達(dá)到120多度,在陽光照射不到的區(qū)域,物體表面的溫度只能夠是-140度左右,這樣的溫度差,普通的材料是難以接受的,只能夠是某些合金才能夠承受。因此,人造地球衛(wèi)星、太空站、甚至宇航服,都要考慮朝陽面和背陰面的溫度差,咱們看到宇航服笨重臃腫,就是這個道理,它背后有50公斤的生命維護系統(tǒng),其中重要的部分就是溫度控制循環(huán)管道,否則,宇航員在太空就是水深火熱,胸前背烤焦,背后被凍裂,慘不忍睹。

      在沒有宏觀物質(zhì)的太空,微波和可見光一晃而過,沒有物質(zhì)吸收或者暫留這些光線,也就體會不到溫暖,給人的映像就是寒冷無比,其實這是一個錯誤的觀念。不過,光線的傳播是放射狀的,物體感受到的溫度,與光照的面積成正比,與距離的平方成反比,也就是說,距離太陽的一定距離后(火星軌道以外),光線照射在身上的熱量還不足以抵消我們的身體散失的熱量,因此才會感到寒冷。

      …………

      宇宙真奇妙,謝謝閱讀!

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      太陽和地球之間的太空空間溫度非常低,為接近絕對零度的-270℃,是因為太空極其空曠,缺少與陽光作用的物質(zhì),陽光中的能量無法傳導(dǎo),而地球近地軌道上溫度卻要高得多。

      溫度的本質(zhì)是分子的熱運動,所以要有較高的溫度就必須有足夠的熱量傳遞。而熱量傳遞的方式主要有導(dǎo)熱、熱對流及熱輻射,導(dǎo)熱需要物質(zhì)直接的接觸,對流需要空氣,熱輻射是唯一種可以穿越太空空間的熱量傳遞方式。太陽就是靠著可見光、紫外線、紅外線等電磁波溫暖地球,物質(zhì)分子在受到電磁波的作用,分子的運動加劇,表現(xiàn)出來的就是溫度的提升。而地表物質(zhì)吸收了能量之后,又可以由于和大氣的直接接觸、熱輻射再次將熱量返回大氣,加上大氣運動,就是夜晚雖然沒有陽光照射,地表溫度卻不會很低的原因。太陽和地球之間的廣闊空間缺乏物質(zhì)分布,幾乎真空,沒有和陽光作用的物質(zhì),溫度就會比較低,但是若太空陽光照射在物體表面,溫度依然會比較高。

      地球附近和月球等天體表面的溫度不是只有低溫,由于地球大氣層的厚度大概有1000多公里,只不過主要的質(zhì)量都分布在距地面100公里的范圍內(nèi),在近地的幾十公里內(nèi),溫度隨著海拔的上升而降低,但是到了電離層之上的大氣空間,由于陽光對稀薄大氣分子的作用,那里的溫度可以達(dá)到數(shù)千攝氏度,不過也由于物質(zhì)分布稀薄,熱量難以傳導(dǎo),人在那里可能感受不到溫度有多高,只有陽光直接照射到皮膚上才感覺到熱。月球表面其實也不是沒有大氣,而是有極其稀薄的散逸層,白天受陽光照射溫度可以達(dá)到一百多度,但是到了晚上稀薄的散逸層無法保持熱量,月球表面的熱量又快速地輻射出去,溫度可降低至-180℃。

      人感覺到的變熱是溫度的上升,是因為接觸到的物體溫度高于人體,這需要物體本身要吸收足夠的熱量,物體的熱量經(jīng)傳導(dǎo)的方式進(jìn)入人體,由于熱量傳遞太快,皮膚感受器才感受到熱等感覺。

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      太陽和地球之間冷得不行,但是太陽光照在地球上卻很熱?

      確實是這樣,太空中非常的寒冷,中國古人把太空叫廣寒宮一點不假。

      但是照到地球上卻非常的熱。萬物生長靠太陽,尤其是陽光直射的赤道上一年四季都是夏天,把樹葉都烤焦了。

      月亮上被太陽照射的地方正幾百度,沒有照射的地方負(fù)幾百度。

      許多的事情迷惑了許多人們,這是怎么回事呢?

      我們在地球上看見燃燒的火焰,放射出熱量,感覺燃燒的東西會放射出熱量,不燃燒的東西不會放射出熱量,燃燒是怎么回事呢?翻開物理書籍,原來一個物質(zhì)的燃燒是物質(zhì)內(nèi)部在激烈的運動,激烈運動的物體就會放出熱來,比如我們搓搓手,手就會發(fā)熱,因為運動快就會發(fā)熱,物質(zhì)里面的原子核中的電子在激烈的運動,運動到一定程度就會發(fā)光發(fā)熱。發(fā)出的光會向四處放射,射到物質(zhì)上會激發(fā)被照射的物質(zhì)電子也運動的非常快,也發(fā)熱,如果沒有照到物質(zhì),就不起作用,所以太陽和地球之間沒有物質(zhì),它們之間非常寒冷。當(dāng)你把一只手放到太陽和地球之間你的手是物質(zhì),你會感到烤手。但是虛空中沒有物質(zhì)那就是廣寒宮了。在月亮上被太陽照射的一面,幾百度的高溫,而沒有照到的背面卻是零下幾百度,而地球上沒有這種現(xiàn)象,這是地球空氣這個物質(zhì)起到了傳遞和保暖的作用,調(diào)和了溫差。在珠穆朗瑪峰上終年積雪,就是因為空氣稀薄,調(diào)節(jié)能力差的原因。

      光是一種能量,能量能夠通過輻射的方式影響非常遠(yuǎn)的物質(zhì)內(nèi)部的電子運動,也運動快,發(fā)熱。而對虛空沒有物質(zhì)的空間,不起作用。

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      答:主要是是因為大氣溫室效應(yīng)和熱輻射。

      大氣溫室效應(yīng)拯救了我們

      我們地球能有這么合適的溫度滋養(yǎng)萬物,這都源自我們大氣層的溫室效應(yīng),地球就像被蓋了一層被子,所以溫室效應(yīng)拯救了我們!

      白天太陽光穿透大氣層照射到地面,由于空氣是不能直接吸收太陽光這個波段波的能量,所以地面在吸收太陽光熱量后,通過熱輻射的方式將熱量傳遞給了大氣,我們才有個合適的溫度。

      夜晚由于大氣像一層被子一樣蓋在地球上,這樣只有少部分熱量散失到太空,不至于溫度下降太快!

      日復(fù)一日的這樣交替!這也能解釋一句常說的話:高處不勝寒!也是這個道理!好處高冷根本原因是離地面太遠(yuǎn)!而不是人們的慣性思維,離太陽近,怎么還越來越冷!

      以月球為例

      我們的月球和地球相對太陽可以說是一個軌道上的,受著同樣的光照,但月球上的溫度讓人大跌眼鏡。

      白天太陽直射月面月表溫度127℃,直接刷油烤肉都可以!這是因為月球沒有大氣,地面吸收的太陽光熱量沒有大氣的吸收,積聚導(dǎo)致溫度這么高!

      夜晚月表溫度-183℃,由于沒有大氣的保護,月表溫度可以不停地往外太空輻射,導(dǎo)致溫度驟降!

      地獄金星

      大家都知道金星有些地獄般的環(huán)境,濃厚的大氣層,超強的溫室效應(yīng),直接讓金星溫度爆表400℃,這個連肉都來不及烤,就化成灰了。!

      綜上所述:可見大氣對我們的重要性!所以大家愛護環(huán)境,節(jié)能減排,能坐公車不開車,能騎自行車不坐車!??

      歡迎關(guān)注物質(zhì)和意識!

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      光只有碰到物體(比如地球的大氣層)時,才會使其光能轉(zhuǎn)化為熱能。

      9

      陽光穿過冰冷的太空把熱量帶到地球,雖然陽光在太空中加熱了八分半鐘,但是太空的溫度依然是低到零下270攝氏度,主要就是因為太空幾乎接近絕對真空,沒有物質(zhì)存在。


      陽光要想把太空“加熱”它有三種途徑:一是對流、二是傳導(dǎo)、三是輻射。

      三種途徑中對流和輻射占據(jù)主要作用,而熱輻射效果不明顯。在太空中恰恰相反因為接近于真空狀態(tài),熱量不能通過對流和傳導(dǎo)的方式傳播,只能通過輻射。

      任何物體溫度只要超過絕對零度就可以向外輻射,同時也可以接受輻射。這兩者的差值就是物體熱量的增減值。而太空中的零下二百七十?dāng)z氏度幾乎就是宇宙背景微波輻射,這一抹宇宙大爆炸的余暉。


      地球上的溫度之所以冷熱適宜,主要是因為大氣層的存在,白天的時候接受到充足的熱量、夜晚的時候地表也可以熱輻射傳遞熱量到大氣,可以說大氣層就是中間的緩沖帶。

      月球太陽的距離和地球與太陽的距離相當(dāng),但是因為沒有大氣層導(dǎo)致晝夜溫差將近三百攝氏度。同樣是因為太空中幾乎絕對真空的狀態(tài),如果一個人上到太空中身體的熱量也不會快速消失,只會慢慢向外輻射熱量,而沒有熱傳導(dǎo)和對流。


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      說太空冷,這句話既對又不對。溫度反應(yīng)的是大量微觀粒子的平均動能,太空中粒子密度極低,討論太空溫度意義不大。我們只能討論太空中的物體溫度,這才是有意義的。

      比如地球,它就屬于太空中的物體,太陽光對它進(jìn)行加熱,于是地球就變熱了。

      那么這中間到底發(fā)生了什么呢?

      由于太空很空,熱傳播的三種方式,只有熱輻射在起作用,所謂熱輻射就是光輻射,但這里的光范圍非常廣,不僅包括可見光,還包括紅外線、紫外線等波段的光。這些光在遇到物體時,一部分會被物體吸收,增加了物體內(nèi)部微觀粒子的平均動能,于是物體的溫度就上升了。

      那么這些熱輻射在太空中幾乎可以認(rèn)為是暢行無阻的,直到它們遇到了地球,地球?qū)⑺鼈兾眨簿褪窃黾恿藷崃。不過地球自己也會散發(fā)熱輻射,這一來一去是平衡的,所以地球的平均氣溫是較為穩(wěn)定的,在15攝氏度。

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