太阳和地球之间的太空冷到不行,为何太阳光照到地球却能变热
“太空是真的空”
“太空是真的空”,这不是一句玩笑话,而是真实情况就是如此。要了解这个问题,我们要先从宇宙的一些基本属性说起。
根据普朗克卫星最新的观测结果来看,目前为止,宇宙在千分之六的精度上是平坦的。这里的“平坦”并不是很多人理解的那样在一块平地,而是说宇宙在大尺度上几乎是不弯曲的。
在此基础上,科学家提出了一个概念:宇宙临界密度。所谓的宇宙临界密度是指,
根据爱因斯坦的广义相对论,一个以物质为主的宇宙停止膨胀的时候,所对应的宇宙密度。
由此,我们以得出一个关于宇宙临界密度的公式:
公式看不懂其实没关系的,我们只要知道,当把哈勃常数已经是上面的“H”取值为70 (km/s·Mpc),所对应的宇宙临界密度就是p=0.9*10^-29(g/cm^3),如果把宇宙中的物质都视为氢原子,这个密度大概就是1立方米内只有一个氢原子,这个空旷的程度是我们目前在任何一个实验室都做不出的,科学家所做到最好的“真空”都比这个密度大得多。
而根据普朗克卫星观测到的宇宙微波背景辐射得到的哈勃常数H其实是很接近于70的,也就是说,宇宙的真实密度非常接近于一立方米只有一个氢原子的状态。所以,太空其实是非常非常地空,几乎接近于真空。
太空会体现出温度么?
根据经典物理学对于温度的定义:
在微观世界中,分子热运动的剧烈程度。
由于太空的这种接近于“真空”的状态。所以实际上,太空并不能明显地体现出温度来,也就是说,如果有个人在太空中没宇航服,那他其实不会被冻死,而是因为压强太低,导致体液沸腾而死,或者是因为压强太低,导致肺功能障碍而死(也就是憋死)。因此,太空并不是冷到不行,而是很难显现出温度来。
所以,当阳光穿过太空的过程中,由于宇宙的密度实在太低,温度其实很难被表达出来。说白了就是,太阳光可以在宇宙空间中畅通,很少能撞到分子和原子,让其热运动加剧。也就没有所谓的给太阳加热的作用了。
太阳为什么能把热量传递给地球
而相比于太空的密度,地球的物质密度就大太多太多了,是由大量的分子和原子构成的,它们是可以吸收到大量的热让自身的热运动急剧的。
太阳辐射可以使得地球的分子热运动加剧,反映到宏观上,就是地球变热。而且这些热,并不是一下子消散掉,而是一部分热量被地球通过大气和水的比热容给锁住了。
当然,变热也有很多种方式,热对流,热辐射和热传导。太阳传递过地球热量的主要方式就是热辐射。而地球将这些热分摊到各个地方就会利用到热传导和热对流。
不仅如此,由于地球有足够厚度并且成分比较合理的大气层,所以可以锁住一部分热量,不会让热快速消散。其次,地球表面存在大量的水,我们都知道水的比热容很大,水也可以锁住大量的热量。基于这两点因素,所以地球的昼夜温差并不大。
在太阳系内,地球的能量来源就是太阳,没有太阳辐射,地球可能还转,但是地球上的生命就会消灭殆尽。而这些热量之所以没有在光子的传递过程中被带走,就是因为宇宙的密度实在太低而来。
最后我们来总结一下,温度是指微观世界中,分子热运动的剧烈程度。根据观测和理论计算,宇宙的密度极其低,一立方米大概也就一个氢原子的水平,所以太空不是温度特别低,而根本体现不出温度来。其次,地球密度远远大于太空,是由大量的分子和原子构成的,因此,地球是有足够的分子和原子吸收太阳辐射,以至于自身分子热运动加剧的,这也是为什么地球可以吸收太阳辐射的原因。