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太陽表面5500度,地球都被曬熱了,為何日地之間這么冷?

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太陽表面溫度高達5500攝氏度,能輕松融化鋼鐵,連1.5億公里外的地球,都能被它曬得溫暖宜居。但奇怪的是,連接太陽與地球的“日地空間”,溫度卻低至零下270攝氏度左右,接近宇宙最低溫度。同樣沐浴在太陽能量中,為何地球能變熱,而中間的空間卻一片冰冷?

日常中,我們感受的熱量傳遞有三種方式:傳導、對流和輻射。前兩種都需要“物質(zhì)作為媒介”,比如燒開水時,火焰通過“傳導”加熱鍋底,再通過水的“對流”讓整壺水變熱;冬天手摸冰塊覺得冷,也是因為熱量通過“傳導”從手傳給了冰。但日地之間的宇宙空間,是近乎真空的環(huán)境,每立方厘米只有幾個粒子,遠低于地球大氣層每立方厘米千億個粒子的密度,根本沒有足夠的物質(zhì)來實現(xiàn)“傳導”和“對流”。

太陽的熱量,靠的是第三種方式來“電磁輻射”傳遞。太陽核心的核聚變會釋放出大量光子,這些光子攜帶能量,以光速穿越真空,不需要任何物質(zhì)媒介。當這些光子抵達地球后,會被大氣層、陸地和海洋吸收,轉(zhuǎn)化為熱能,讓地球溫度升高。而在光子從太陽到地球的“旅途中”,由于沒有物質(zhì)吸收它們的能量,空間本身無法被加熱,自然保持極低溫。

溫度的本質(zhì),是“物質(zhì)粒子運動的劇烈程度”,粒子運動越快,溫度越高;反之則越低。日地空間之所以冷,核心原因是“沒有足夠粒子來‘接住’太陽的能量”。

太陽輻射的光子在穿越空間時,大部分會“暢通無阻”地飛向地球,只有極少數(shù)會撞上空間中的稀薄粒子。這些粒子吸收能量后,運動確實會變快,溫度能達到幾千甚至幾萬攝氏度,但由于粒子數(shù)量太少,無法形成“可感知的熱量”。

而地球則完全不同:地球有厚厚的大氣層、液態(tài)水和固態(tài)地表,這些物質(zhì)中的粒子數(shù)量極多。當太陽光子抵達時,大氣層中的氣體分子、地面的巖石土壤、海洋中的水分子會大量吸收光子能量,帶動自身運動加速,進而讓整個地球的溫度升高。更重要的是,地球的大氣層還能像“保溫毯”一樣,通過溫室效應留住吸收的熱量,避免其快速散失到宇宙中,這才讓地球維持了適宜生命生存的溫度。

有人會疑惑:既然空間中偶爾有粒子被加熱到幾萬度,為什么還說空間冷?這其實混淆了“粒子溫度”和“熱量感受”的區(qū)別。

熱量的傳遞需要“粒子碰撞”,當高溫粒子與低溫物體接觸時,會通過碰撞將能量傳遞出去。日地空間中,高溫粒子的數(shù)量太少,即便它們運動很快,也很難與其他物體,發(fā)生頻繁碰撞。比如宇航員在太空中行走時,宇航服接觸到的高溫粒子極少,主要熱量流失來自自身的熱輻射,所以宇航服更需要做的是“保溫”,而非“降溫”。

舉個直觀的例子:在地球上,我們用手觸摸100℃的開水會被燙傷,因為大量水分子會持續(xù)傳遞熱量;但如果在太空中,即使周圍有幾個1000℃的粒子,它們也很難碰到手,我們根本不會有“熱”的感覺,反而會因為自身熱量不斷向真空輻射而感到寒冷。

日地空間的寒冷,恰恰是地球能被曬熱的關鍵,正因為真空無法通過傳導和對流傳遞熱量,太陽的輻射能量才能毫無損耗地抵達地球;也正因為地球有足夠的物質(zhì)吸收這些能量,并用大氣層鎖住熱量,才孕育出了生命。

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