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为什么太阳到地球之间的太空是寒冷的? zt
送交者:  2022年09月23日01:22:34 于 [世界军事论坛] 发送悄悄话

太阳能把热量传到地球,但为什么太阳到地球之间的太空是寒冷的?

太阳表面的温度可以达到6000℃,但是,太阳到地球之间的温度却只有零下270℃

然后地球表面的温度最热可以达到55℃

地面的水蒸发

那么问题来了,这些能量是怎么传递的,为什么中间的太空会这么寒冷?

或许,热量的传递比我们想象中的复杂,温度本身也是。

太空非常寒冷

热量与温度

宇宙中充满了各种恒星,它们一个个宛如巨大的发热体,向外传递着自己的热量

这些热量会被传递到其他天体上,比如行星、小行星甚至是看起来冰冷的彗星。

但是,恒星却无法将它与行星之间的太空加热,这是为何。

太空零下270℃的低温到底是怎么回事?

炙热的太阳

举个例子,提到太阳系中最热的行星,大家会第一时间想到水星,因为它距离太阳最近。

然而根据对水星的探测发现,水星正对着太阳的一面的确非常热,能够达到惊人的428℃。

然而背对着太阳的一面却能冷到零下190℃,比地球上最冷的地方都要冷。

为什么距离太阳的最近的水星,竟然会出现如此巨大的温差呢?

水星温差非常大

这就不得不提到热量的传递和温度的表现。热量的传递途径有三种方式,最常见的就是热传导,比如人们炒菜做饭,通过直接接触热源获得热量

第二种是热对流主要发生在流体上,比如我们常听到的什么西伯利亚冷空气、副热带高压、秘鲁寒流、墨西哥湾暖流等。

第三种热传递方式就是热辐射这一种热传递不需要介质,是宇宙中热量的常见传递模式。

热量的三种传递方式

那么物体的温度是怎样表达出来的呢?答案就是物质内部粒子的运动

运动得越激烈,这个物体的温度就会越高。

任何物体,都是由各种粒子组成的,只不过各种粒子的运动程度不一样。

如果两个物体获得了同样的热量,那么热运动更激烈的那个物体,温度越高。

地球上同一个地方的不同的物质温度会不一样,如赤道上空的温度和赤道地表的温度就不相同。

这是因为地面的温度是土壤和岩石粒子在接收到太阳的辐射热能后,内部运动产生的。

内部的分子运动

而气温,是大气中的各种气体分子在太阳辐射热的情况下运动,相当于是大气的内能。

由此我们可见,只要内部的粒子在运动,那么物质就会具有温度。而太空环境是真空,热量可以在它之中传递,但是却不会表现出温度。

这也是为什么宇宙中存在这么多恒星,一些恒星还是巨无霸,可是无论如何也不可能将真空加热。

这些亮点都是宇宙中的恒星

炙热的太阳和寒冷的太空

太阳为什么这么热?是因为太阳就是一个宇宙核电站

太阳由上万万亿吨氢原子组成,这些氢原子参与聚变反应,释放巨大的能量,这些能量中绝大部分是热能

太阳的热量是以热辐射的形式传递到各个天体上,因此不需要介质。

太空环境是真空,它不会有粒子接收太阳的热量,也就更不会存在粒子运动,对比其他天体,太空环境过于寒冷。

太阳和地球

按理说没有任何粒子运动,此刻的温度应该是绝对零度零下273℃才对,为何太阳到地球之间的温度为零下270℃,多出来的3℃时哪里来的?

太阳到地球之间的太空环境是真空,这个真空并不是指什么物质都不存在的“万物皆空”,而是相对于地球的标准大气压而言

太空中存在着少量的尘埃,它们某种程度上会获得太阳的一些能量。

只不过这些尘埃在太空中的密度比起天体来说实在是太小了,因此只产生了3℃的温度。

这些尘埃来自太阳系这46亿年的各种撞击,甚至于有的尘埃是最初的星云中残留下来的“元老”。

宇宙中的尘埃

绝对零度一个物理概念,但是只存在于理论值,现实中的宇宙并没有发现。

太阳的热辐射还有一个特点,沿直线传播,不会转弯。

如果在太空中被其他物体遮挡,那么基本上就接收不到太阳的热量。

比如人类的卫星,当它正对着太阳时,必须忍受太阳直射而来的热量,此时的卫星表面可以达到200℃

当卫星运转到地球的背面,此时它完全看不见太阳,也接收不到太阳的热量,处于冰冷的太空环境中,忍受零下270℃的严寒

这样的“冰火交融”会让卫星的材料产生极度的热胀冷缩,如果使用地球上的普通材料是完全不行的。

所以人造卫星材料必须内外兼修,既能承受高温,又能承受寒冷。

人造卫星在太空中

最接近绝对零度的存在

天文学家们曾经怀疑冥王星上有绝对零度存在,因为它距离太阳实在是太远了,那里曾被认为是太阳系最寒冷的地方。

事实证明,冥王星的温度离绝对零度还有一定的差别。

冥王星虽然距离太阳很远,可它依旧处于在太阳系的能量体系内,那么它无论如何都会接收到太阳的热量

只要接收到了热量,那么冥王星内部的粒子就会产生运动,只是这个运动并没有八大行星剧烈。

冥王星被怀疑拥有绝对零度

随着人类发射的探测器成功到达冥王星,开始展开探索,经过测量,冥王星表面温度为零下229℃,这个温度显然比绝对零度高出不少。

后来天文学家们才发现,真正接近绝对零度的存在,不在乎它与太阳的距离,而在于它本质上是否有粒子运动。

这个时候天文学家们才发现,宇宙中除太体之外的其他真空空间,温度在零下270℃,这是最接近绝对零度的存在

地球接收太阳热量

我们认为空无一物的宇宙物质还存在着人类看不见的物质,只要有物质存在,那么它就会有内能,不管是温度多低,都不可能低于绝对零度。

那么,如果在宇宙中,存在某个空间真的空无一物,连尘埃都没有,那么它是否会是绝对零度呢?

答案或许也是否定的,因为有暗物质

宇宙空间

暗物质与太空温度

暗物质被认为是人类看不见的物质,但是在宇宙中真实存在,它与构成天体的一切物质都有所不同

暗物质才是组成宇宙的主要部分,占据宇宙的85%到90%

天文学家们认为,暗物质参与宇宙中的相互作用,所以存在质量。

它是一种粒子,但是不同于我们已知的所有粒子,这表明在我们认为真空的宇宙中,存在着未知的粒子。

或许,那比绝对零度高的3℃,未必是尘埃的独奏,更像是暗物质的低吟。

如果未来能证实暗物质的存在,那么绝对零度或许就真的只是一个理论,它真的在宇宙中不存在。

宇宙中的暗物质

人类曾经试图制造出绝对零度,在1957年创造出了0.00002K的超低温,这已经是目前最接近绝对零度的存在

绝对零度是一个只能无限毕竟但是无法达到的一个温度值。

我们在地球上看来如此简单的热传递、温度在宇宙中却是如此复杂,甚至充满了各种谜团。

仔细想之,人类也算是宇宙的一部分,虽然渺小得如尘埃,但是我们本身也是各种粒子组成,我们的体温保持在36℃左右,也是热运动的结果。

这么看,我们人类也很神秘。

宇宙就是这样,从大爆炸的100亿℃到逼近绝对零度,温度跨度十分巨大,也让它充满了各种危险。

宇宙比我们想象中的还要复杂

人类在太空行走的时候,才是真正的冰与火中起舞,一边是炙热的太阳热量,另一边是寒冷的太空。


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