太陽能把熱量傳到地球,但為什麼太陽到地球之間的太空是寒冷的?

太陽表面的溫度可以達到 6000℃,但是,太陽到地球之間的溫度卻只有 零下270℃

然后 地球表面的溫度最熱可以達到55℃

那麼問題來了,這些能量是怎麼傳遞的,為什麼中間的太空會這麼寒冷?

或許,熱量的傳遞比我們想象中的復雜,溫度本身也是。

太空非常寒冷

熱量與溫度

宇宙中充滿了各種恒星,它們一個個 宛如巨大的發熱體,向外 傳遞著自己的熱量

這些熱量會被傳遞到其他天體上,比如行星、小行星甚至是看起來冰冷的彗星。

但是, 恒星卻無法將它與行星之間的太空加熱,這是為何。

太空 零下270℃的低溫到底是怎麼回事?

炙熱的太陽

舉個例子,提到太陽系中最熱的行星,大家會第一時間想到水星,因為它距離太陽最近。

然而根據對水星的探測發現,水星正對著太陽的一面的確非常熱,能夠達到驚人的428℃。

然而 背對著太陽的一面卻能冷到零下190℃,比地球上最冷的地方都要冷。

為什麼距離太陽的最近的水星,竟然會出現如此巨大的溫差呢?

水星溫差非常大

這就不得不提到熱量的傳遞和溫度的表現。熱量的傳遞途徑有三種方式,最常見的就是 熱傳導,比如人們炒菜做飯,通過 直接接觸熱源獲得熱量

第二種是 熱對流主要發生在流體上,比如我們常聽到的什麼西伯利亞冷空氣、副熱帶高壓、秘魯寒流、墨西哥灣暖流等。

第三種熱傳遞方式就是 熱輻射這一種熱傳遞不需要介質,是宇宙中熱量的常見傳遞模式。

熱量的三種傳遞方式

那麼物體的溫度是怎樣表達出來的呢?答案就是 物質內部粒子的運動

運動得越激烈,這個物體的溫度就會越高。

任何物體,都是由各種粒子組成的,只不過各種粒子的運動程度不一樣。

如果兩個物體獲得了同樣的熱量,那麼熱運動更激烈的那個物體,溫度越高。

地球上 同一個地方的不同的物質溫度會不一樣,如赤道上空的溫度和赤道地表的溫度就不相同。

這是因為地面的溫度是土壤和巖石粒子在接收到太陽的輻射熱能后,內部運動產生的。

而氣溫,是 大氣中的各種氣體分子在太陽輻射熱的情況下運動,相當于是大氣的內能。

由此我們可見,只要內部的粒子在運動,那麼物質就會具有溫度。而太空環境是真空,熱量可以在它之中傳遞,但是卻不會表現出溫度。

這也是為什麼宇宙中存在這麼多恒星,一些恒星還是巨無霸,可是無論如何也不可能將真空加熱。

這些亮點都是宇宙中的恒星

炙熱的太陽和寒冷的太空

太陽為什麼這麼熱?是因為太陽就是一個 宇宙核電站

太陽由 上萬萬億噸氫原子組成,這些氫原子參與 聚變反應,釋放巨大的能量,這些能量中 絕大部分是熱能

太陽的熱量是以熱輻射的形式傳遞到各個天體上,因此不需要介質。

太空環境是真空,它不會有粒子接收太陽的熱量,也就更不會存在粒子運動,對比其他天體,太空環境過于寒冷。

太陽和地球

按理說沒有任何粒子運動,此刻的溫度應該是絕對零度零下273℃才對,為何太陽到地球之間的溫度為零下270℃, 多出來的3℃時哪里來的?

太陽到地球之間的太空環境是真空,這個真空并不是指什麼物質都不存在的「萬物皆空」,而是 相對于地球的標準大氣壓而言

太空中存在著 少量的塵埃,它們某種程度上會獲得太陽的一些能量。

只不過這些 塵埃在太空中的密度比起天體來說實在是太小了,因此只產生了3℃的溫度。

這些塵埃來自太陽系這46億年的各種撞擊,甚至于有的塵埃是最初的星云中殘留下來的「元老」。

宇宙中的塵埃

絕對零度一個物理概念,但是只存在于理論值,現實中的宇宙并沒有發現。

太陽的熱輻射還有一個特點, 沿直線傳播,不會轉彎。

如果在太空中被其他物體遮擋,那麼基本上就接收不到太陽的熱量。

比如人類的衛星,當它正對著太陽時,必須忍受太陽直射而來的熱量,此時的 衛星表面可以達到200℃

當衛星運轉到地球的背面,此時它完全看不見太陽,也接收不到太陽的熱量,處于冰冷的太空環境中,忍受 零下270℃的嚴寒

這樣的「冰火交融」會讓衛星的材料產生極度的熱脹冷縮,如果使用地球上的普通材料是完全不行的。

所以人造衛星材料必須內外兼修,既能承受高溫,又能承受寒冷。

人造衛星在太空中

最接近絕對零度的存在

天文學家們 曾經懷疑冥王星上有絕對零度存在,因為它距離太陽實在是太遠了,那里曾被認為是太陽系最寒冷的地方。

事實證明,冥王星的溫度離絕對零度還有一定的差別。

冥王星雖然距離太陽很遠,可它依舊處于在太陽系的能量體系內,那麼它無論如何都會 接收到太陽的熱量

只要接收到了熱量,那麼冥王星 內部的粒子就會產生運動,只是這個運動并沒有八大行星劇烈。

冥王星被懷疑擁有絕對零度

隨著人類發射的探測器成功到達冥王星,開始展開探索,經過測量, 冥王星表面溫度為零下229℃,這個溫度顯然比絕對零度高出不少。

后來天文學家們才發現,真正接近絕對零度的存在, 不在乎它與太陽的距離,而在于它本質上是否有粒子運動。

這個時候天文學家們才發現, 宇宙中除太體之外的其他真空空間,溫度在零下270℃,這是 最接近絕對零度的存在

地球接收太陽熱量

我們認為空無一物的宇宙物質還存在著人類看不見的物質,只要有物質存在,那麼它就會有內能,不管是溫度多低,都不可能低于絕對零度。

那麼,如果在宇宙中,存在某個空間真的空無一物,連塵埃都沒有,那麼它是否會是絕對零度呢?

答案或許也是否定的,因為有 暗物質

宇宙空間

暗物質與太空溫度

暗物質被認為是人類看不見的物質,但是在宇宙中真實存在, 它與構成天體的一切物質都有所不同

暗物質才是組成宇宙的主要部分,占據宇宙的 85%到90%

天文學家們認為,暗物質參與宇宙中的相互作用,所以存在質量。

它是一種粒子,但是 不同于我們已知的所有粒子,這表明在我們認為真空的宇宙中,存在著未知的粒子。

或許,那比絕對零度高的3℃,未必是塵埃的獨奏,更像是暗物質的低吟。

如果未來能證實暗物質的存在,那麼絕對零度或許就真的只是一個理論,它真的在宇宙中不存在。

宇宙中的暗物質

人類曾經試圖制造出絕對零度,在 1957年創造出了0.00002K的超低溫,這已經是目前 最接近絕對零度的存在

絕對零度是一個只能無限畢竟但是無法達到的一個溫度值。

我們在地球上看來如此簡單的熱傳遞、溫度在宇宙中卻是如此復雜,甚至充滿了各種謎團。

仔細想之, 人類也算是宇宙的一部分,雖然渺小得如塵埃,但是我們本身也是各種粒子組成,我們的體溫保持在36℃左右,也是熱運動的結果。

這麼看,我們人類也很神秘。

宇宙就是這樣,從 大爆炸的100億℃到逼近絕對零度,溫度跨度十分巨大,也讓它充滿了各種危險。

宇宙比我們想象中的還要復雜

人類在太空行走的時候,才是真正的冰與火中起舞,一邊是炙熱的太陽熱量,另一邊是寒冷的太空。


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