太阳表面温度6000度,为何地球附近的太空,却还是绝对零度?
地球是人类的家园,然而只有拥有太阳,地球才能供人类栖息。
地球的所有能量来源都靠太阳供给,哪怕是埋在地下的化石能源,也是依靠太阳才能变成我们使用的煤炭和石油,太阳表面温度高达6000℃,它的能量以光和热的形式传播给地球,即便人类现在拥有走出地球的能力,离开太阳之后也还是难以存活。
但是有一个现象却让人有些迷惑,受太阳照射的地球,地表温度最高可以达到70℃,太阳光射向地球以后,连地球都被晒热了,但太阳和地球之间的太空却依旧是寒冷的,是只有零下270℃的极寒。
既然太阳传播能量的过程中能把地球晒热,为何这之间的路程却依旧冰冷呢?
这些能量究竟是如何传递的?
水星是距离太阳最近的行星,它正对着太阳的一面,温度可以高达428℃,但背对着太阳的黑暗面却能达到零下190℃,离太阳如此之近,温差还能这么大,这就必须要说到热量的传递和人类定义的温度了。
在常人看来,定义温度很简单,用温度计测量一下就可以了,但这并不是直接的测量方式,而是通过物体温度变化特征间接得出来的结果,比如测体温时最常用的水银,水银被加热后会发生规律的膨胀,通过膨胀带来的刻度上升,我们最终认为温度达到了某个数值。
实际上从分子运动论来看,温度只是物体分子运动平均动能的标志,是大量分子运动的集合表现,我们在测量温度时,实际上测量的是此时粒子热运动的状态,粒子运动越剧烈,温度就越高,反之亦然。
当太阳直射身上时我们会感到温暖,实际上这正是人体接受到了太阳光子的作用。
任何物体都由基本粒子组成,只不过每种粒子的运动程度不同,所以在地球上同一个地方的不同物质温度会不一样,比如地面的和大气接受同样多的太阳辐射热能后,地表温度会明显比大气高。
这是因为土壤和岩石的物质密度较大,而大气的密度较小,自然粒子的运动也不会太激烈。
了解了温度的真正含义,再来看看热量究竟是通过什么传播的,为什么真空无法加热呢?
热量传递的第一种方式
也是最直接的方式就是热传导,一般而言是固体之间通过接触来发生热量传递。比如当你用手握一杯热水,手就会感到发热发烫,这就是热量的反向传递,即只要有温度差存在,热量就会在二者之间传递。
第二种方式是热对流
它主要发生在气体和液体这类流体之间,它们在移动时会携带流体本身分子运动的热量。比如烧水时,液体内部会温度不均匀,从而产生不同的温度和压强,这时就会引发液体的循环流动,从而让热量均匀传递在水中各个部分。
最后一种就是地球接收太阳能量的主要方式:热辐射。
它和前两种传递方式的主要区别在于,热辐射不需要中间介质。热传导需要固体接触,热对流需要携带热量的粒子接触,但热辐射不需要任何介质,它可以在真空中传播,并且几乎不会损失能量,而太阳主要通过可见光和红外线传递热量。
真空中没有粒子,而粒子运动是热量的来源,通过热辐射在真空中传播热量的太阳,自然也无法把粒子加热,不过既然如此,为何真空没有到达绝对零度呢?那些离太阳很远的星球上,是否存在绝对零度呢?
上面我们说到,温度的实质是粒子之间的热运动,绝对零度就意味着粒子的运动达到了0,处于完全的静止状态。
冥王星距离太阳非常远,科学家一度认为那里就是太阳系最寒冷的地方,绝对零度应该会在那里存在,但人类发射的探测器显示,冥王星表面不仅没有绝对零度,甚至比太空都要暖和,它的温度只有零下229℃。
原来虽然它离太阳已经够远了,但仍然处于太阳的能量体系内。即便接收到的能量非常少,但依然还是有的,只要接收到了热量,冥王星内部的粒子就会产生运动,从而无法达到绝对零度。
要想达到绝对零度,最起码要满足以下任意一个条件,其一是物质内部的粒子没有接收到任何热量,其二则是在这个空间中没有任何物质,没有物质也就没有粒子的热运动。
太空中虽然看上去空无一物,但还是有少量的尘埃物质,假如连尘埃都没有,是否会存在绝对零度的情况?
答案是否定的,因为在连尘埃都没有的空间里,还存在我们看不见的暗物质,现代科学认为,暗物质才是组成宇宙的主要部分。
或许在那看似空无一物的宇宙空间里,比绝对零度高出来的那些温度,正是暗物质内部的粒子飞舞贡献的。
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