太阳表面温度高达6000度,为何地球太阳之间的太空还如此寒冷?

宇宙时空探索 2024-04-19 19:32:13

对于人类和地球来讲,太阳的重要性不言而喻,地球上的一切能量几乎都来源于太阳。

太阳的表面温度高达6000度,核心温度更是达到1500万度。地球与太阳之间的平均距离大约为1.5亿公里,即便是如此遥远的距离,地球也因为太阳的照射而变得非常温暖,当然也多亏了地球大气层和磁场的保护作用,但主要还是因为太阳的照射作用。

但你有没有想过这个问题,太阳能把地球温暖,为什么地球太阳之间的太空如此寒冷,甚至接近绝对零度?

首先我们来看看太阳是如何释放能量的,以及到底能释放出多少能量。

太阳在太阳系里的统治力不言而喻,太阳质量占到了整个太阳系质量的99.86%!巨大的质量意味着强大的引力,在引力的作用下,太阳自身物质会不断向内坍缩,造成太阳核心温度压强不断升高,到了一定程度,就会引发核聚变。

太阳核心的物质形态并不是我们常见的气态,液态或者固态,而是物质的第四种形态,等离子态。虽然太阳核心温度高达1500万度,但这样的高温仍不足以引发核聚变,理论上分析,需要至少一亿度的高温才可以。

但事实上太阳一直在进行核聚变,这是怎么回事呢?

多亏了量子力学中的一种效应:量子隧穿效应,通俗理解就是,自由粒子即便在能量不足的情况下,仍旧有一定概率在极短时间里获取极大的能量,让自由粒子相互结合发生核聚变。

当然,发生量子隧穿的概率是很低的,大约每十亿年才能发生一次。但架不住太阳核心拥有几乎无限多个自由粒子,在庞大数量的加持下,小概率事件整体来讲也终将成为大概率事件,最终通过量子隧穿完成核聚变的粒子绝对数量也是很庞大的。

科学研究表明,太阳每秒钟损失400万吨的氢,根据质能方程看,这些质量都转化为能量,极大的能量。

太阳释放出如此巨大的能量,全部辐射到浩瀚太空,而地球能接收到的能量就非常少了。打个比方,假设太阳单位时间里释放的能量为70万亿焦耳,那么地球接收到的能量就只有3万焦耳,而人类利用的能量更少,只有3焦耳!

可以看出,太阳释放的能量有多大,甚至能把1.5亿公里之外的地球都晒热,既然如此,为什么地球太阳之间的太空如此寒冷,甚至接近绝对零度?

这里就涉及到温度的定义了。

按照我们的日常生活经验,温度就是我们对冷热的感受。而从物理学上来讲,温度指的是微观粒子热运动的剧烈程度。

任何物体都是由微观粒子组成的,微观粒子一刻不停地处在运动当中,运动的剧烈程度当然是不一样的,越是剧烈,温度就越高。反之,微观粒子运动得越不剧烈,温度当然就越低。

当然,这里就涉及到统计学的概念。我们对温度的定义并不是基于某个粒子的热运动,因为单个粒子的运动是随机的,我们描述的是大量粒子的热运动,用微观粒子的平均动能来描述温度高度。

而太空的环境我们都知道,几乎是真空环境,微观粒子的密度是非常低的。科学研究表明,在太空环境下,每立方米中氢原子的含量还不到一个,这样低密度的太空环境,微观粒子的热运动几乎完全体现不出来,当然温度也自然会非常低。

当太阳的热辐射穿越地球太阳之间的太空时,太阳辐射出去的光子几乎不可能被太空中如此稀疏的粒子捕获,捕获不了太阳光子,温度自然就不会上升。

说白了,必须有物质吸收太阳辐射,温度才会上升,如果连物质都没有,就很难体现出问题。我们的地球就是如此,地球不断接收来自太阳的热辐射,同时地球上空的大气层像一层厚厚的棉被一样,不让热辐射丢失得太快,因此地球的温度才会比较高,同时保持相对稳定。

这里还有必要提一下热传递的三种方式,分别是:热传导,热对流和热辐射,初中物理课上大家应该都学过。指热量通过物体内部或物体之间的接触面传递的过程,通常发生在固体之间。热对流指通过流体(如气体或液体)的流动来传递热量的过程。而热辐射是指物体不通过物质媒介,直接通过发射或吸收电磁波等方式传递热量的过程,辐射可以在真空中发生,太阳的能量辐射到地球就是通过热辐射进行的。

其实太阳就相当于一个巨大的“火球”,地球上的人类一直都在“烤火”,通过热辐射的形式吸收“火球”的热量。

其实这种方式与我们在天冷时烤火本质上是一样的,都是通过热辐射获取热量。我们围在火堆旁边烤火,感觉到温暖主要是因为热辐射,当然也会有热对流,因为有空气存在,不过热辐射是根本原因。

说白了即便是没有空气,我们也会感觉到温暖,但只是面对火堆的一面感觉到温暖,背对火堆的一面是很冷的。这与在太空中的感受是一样的,太空环境如此冷,几乎接近绝对零度,不要以为在太空会被冻死。

实际上,如果你身处地球太阳之间的太空,你身体朝向太阳的一面很有可能被太阳强烈的辐射灼伤,而背对太阳的一面只能感受到寒冷!

完!

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