從太陽系中八大行星的溫度變化上看,太陽的光芒並不是只對地球有用,而是散佈在宇宙空間中,於是就有了“宜居帶”和其他地帶的分別。
但是為什麼同樣是在太陽的照射下,地球都熱了,宇宙空間卻成了科學家們總結的接近絕對零度呢?哪怕是在同一個距離下的太空也沒有溫度,這是為什麼?
地球的熱量來源
我們常說地球上生命的誕生離不開空氣、水和陽光,而地球上適宜的溫度的也正好造就成了生命誕生和發展的天堂。那麼要問地球上的這些熱量主要來自哪裡?即便不是在這個稍冷的季節,脫口而出的答案也依舊會是:太陽。
那太陽的熱能又是怎麼出現的呢?有個簡單的回答:核聚變反應。要是還要問到底:什麼是核聚變?
核聚變也就是輕原子核(例如氘和氚)結合成較重原子核(例如氦)時放出巨大能量。
說得通俗點,就是在超高溫和超高壓的條件下,兩個原子核相互吸引碰撞而產生的聚合作用,也就是兩個原生質量較輕的原子核生成了新的質量的原子核,在這一過程中被釋放出來的中子和電子就是人類所說的能量,也就是熱能。
要是再通俗點,就類似於氫彈爆炸產生的結果影響。太陽的熱量就是這麼來的,其反應時表面溫度可以達到5500度。
太陽內部因為其本身龐大的質量而具有的巨大引力塌縮導致核心溫度極高,原子核已經是離子的狀態,巨量的核聚變反應讓太陽產生巨大熱量,這股熱量直接被拋到太空當中,只有二十億分之一會來到地球大氣層外。
這其中還有30%會被大氣層反射回去,再被吸收兩成左右,剩下的約47%才會被傳遞到地球表面。
除了太陽的熱量,地球本身也有溫度,比如地殼之下的岩漿還有人類工業的干擾。當然岩漿只要不爆發出來,一般都不會影響到地表的溫度變化,而工業的發展產生的溫室氣體,也就是打破地表溫度平衡的根本,從而形成了“溫室效應”。
可都是吸收太陽的熱量,為什麼太空依舊是冰冷的,而地球表面的溫度卻可以維持在固定的範圍能之內?
大氣層的保溫作用
首先我們先說一下地球的溫度可以一直維持的原因,最顯著的功臣自然是將整個地球環抱著的大氣層。
前面已經說到,當太陽的溫度傳遞到地球時的影響,所以溫度不會升得太離譜。
在沒有強大的人力刻意干擾下,被地面吸收的熱量會在晚上以長波輻射的形式返回去,又被大氣層攔住,不會流失太多,也就起到了調節和保溫作用。
因此,地球的大氣層就像是一層厚厚的被子,直接裹住地球,既可以削弱太陽輻射,防止地球直接吸收熱量導致過熱,又可以攔截被釋放的熱量,防止其“逃跑”,將地球溫度控制在合適的範圍。
太空中的溫度
太空為什麼這麼冷?真的是絕對零度?
絕對零度是熱力學的最低溫度,單位K(開爾文),也就是0K(約為-273.15℃或-459.67℉)。在此溫度下,物體原子沒有動能,但仍然存在勢能,此時內能為最小值。
也就是說,絕對零度代表著物質幾乎完全靜止,就是說這個物質沒有運動。但是在物理學上,我們知道世界上不存在沒有運動的物質,所以絕對零度只是一個溫度下限的理論概念,並不會真實存在。那麼太空中的氣溫真的接近絕對零度嗎?
太空環境和地球不一樣,其是相對真空的狀態。為什麼這有一個“相對”?因為這只是針對地球來說,太空也不完全是真空的,仍有極少數原子存在。而太空的溫度為什麼那麼低?這就又涉及到溫度的傳播原理。
溫度的傳播
溫度怎麼傳播呢?溫度的本質就是物質原子的不規則運動產生的平均動能,其表現形式就是不同物質的不同溫度。物質原子運動速度越快,溫度也就越高。
既然都說了是“物質”的溫度,那麼也就很容易理解,溫度是兩個物質之間的相互影響,一般都是從高熱量傳遞到低熱量。因此,當物質的原子運動速度趨近於零的時候,其溫度也就無限趨近於絕對零度。
而在太空中,因為缺少物質擴充,處於真空狀態,原子之間幾乎沒有任何機會可以發生碰撞,溫度很難被傳遞開來。所以,太空中能夠吸收太陽溫度的物質並不多,原子運動也微乎其微,遠不能和地球上的頻繁物質活動相比較,太空氣溫才會那麼低。
同時宇宙還在加速膨脹,原子之間的距離會被拉得更開,溫度也就會越來越低,無限趨近於絕對零度。
正如前面所提到的大氣層的調節和保溫作用,其實地球的溫度變化雖然主要來源於太陽,但也少不了大氣層的保護。一個供給熱量,一個儲存熱量,對地球來說,這二者缺一不可。