太阳表面5500度，地球都晒热了，为何日地间的太空却是绝对零度？

我要新鲜事2023-12-22 20:16:434阅

在太阳系中，太阳是我们的中心之一，它拥有超过100倍地球质量的巨大体积。太阳光的能量在地球上发挥着重要的作用。它是地球上所有生命的能量来源。绿色植物通过光合作用，利用太阳光的能量将二氧化碳和水转化为氧气和有机物质，从而维持了地球上复杂而多样的生态系统。太阳光也是地球上气候和天气形成的重要因素之一。它的辐射量和分布方式，直接影响着地球的温度、气候和季节的变化。

因为有着太阳光的照射，地球的平均温度维持在大约15摄氏度左右，尽管在极低地区最低能到-93.2℃，在沙漠地区最高能到56.7℃，但从整体上来说，地球的温度处于温暖的范围，能够支撑我们的生存。然而太空中却不一样，在近地轨道，物体可能长时间维持在零下几十摄氏度。在没有太阳照射的情况下，物体最终可能会接近绝对零度，为什么太阳把地球都能照热了，处在地球和太阳之间的太空却冰冷？

太阳的温度从何而来？

要搞清楚这个问题，我们首先要知道太阳的温度。太阳的表面温度约为摄氏5500度，这个高温来源于核聚变反应释放的能量。在太阳的核心，温度高达数百万摄氏度，压力也非常巨大。这样的条件使得氢原子核能够克服相互之间的电荷排斥力，发生核聚变反应。

核聚变反应是指两个或多个原子核相互融合形成一个新的原子核的过程。在太阳内部，主要发生的核聚变反应是氢的核聚变，其中四个氢原子核（质子）融合形成一个氦原子核。具体的反应过程是：4个质子 → 1个氦原子核能量。

在这个过程中，四个质子的总质量稍微大于形成的氦原子核的质量。根据质能方程（E=mc²），质量的微小差异转化为能量，并以光和热的形式释放出来。能量释放的过程涉及到质子之间的相互作用力和核力。当质子在太阳内部的高温和高压条件下靠近彼此时，会克服它们之间的电荷排斥力，使得核力开始起作用。核力是一种很强的吸引力，可以将质子绑在一起形成氦原子核。

在氢原子核融合成氦原子核的过程中，一小部分质量转化为能量，根据质能方程，能量的释放量非常巨大。这是因为光子（光和热的基本粒子）具有很高的能量，且在太阳内部发生的大量核聚变反应会产生大量的光子。这些光子以光和热的形式传播到太阳的表面，使得太阳的表面温度极高。

温度到底是什么？

在温度从内部传播到太阳表面的过程中，我们也发现它其实是微观粒子在高速运动，这才使得太阳表面温度升高。当光子到达太阳表面时，它们与光球中的原子和电子相互作用。这些相互作用导致光子的能量被吸收和重新辐射，最终以形式各异的光和热辐射释放到太空中。这些光和热辐射构成了太阳的辐射带，包括可见光、紫外线和X射线等。

科学家们也早就发现了温度的本质：物体内部微观粒子的平均动能的度量，简单来说就是微观粒子的运动。微观粒子（如原子或分子）具有热运动，它们以高速度在空间中不断运动、碰撞和交换能量。这种热运动的速度和能量与温度有关。当物质的温度升高时，微观粒子的平均动能也增加，它们的运动速度更快，碰撞更频繁，能量交换更加剧烈。了解到这一点后，科学家们就总结出了热量的三种传递方式。

热量的传递方式

热可以通过三种基本的传递方式进行传递：传导、对流和辐射。传导是指热量通过物质的直接接触和分子之间的碰撞传递的方式。当物体的一部分处于高温而另一部分处于低温时，热量会沿着温度梯度从高温区域传导到低温区域。比如当热水与人体皮肤接触时，热量通过传导从热水传递到皮肤。

对流是指通过流体（气体或液体）的对流运动传递热量的方式。当流体受热时，它会膨胀变得较轻，上升形成对流流动。这种对流运动可以将热量从一个区域传递到另一个区域。例如，当暖空气上升并与周围的冷空气交换热量时，就会发生对流传热。

辐射是指通过电磁波的传播传递热量的方式。在辐射传热中，能量以电磁波的形式从热源（如太阳）发射出来，并在没有介质的情况下传播。当这些辐射能量被吸收时，它们转化为热能。太阳光中的热辐射（包括可见光和红外线）与皮肤相互作用，光子的能量被皮肤吸收，并使得皮肤原子中的电子跃升能级，然后再跌落释放出能量，从而使人体的温度上升。搞懂这一点，太空中的低温就很好解释了。

为什么太空那么冷？

太空是一个几乎完全的真空环境，缺乏气体或其他物质来传导热量。在地球上，热量可以通过传导、对流和辐射等方式传递，但在太空中，没有气体或液体来传导热量，因此热量不能有效地传递。

而且太空中的物质非常稀薄，即使存在一些带电粒子、尘埃或气体，它们的密度远远低于地球上的大气层。由于物质的稀薄程度，能够传递热量的粒子数量非常有限，因此无法形成高温环境，它无法表现出温度。

最关键的是，在太空中，物体还会通过辐射来失去热量。辐射是热能以电磁波的形式传播，而无需媒介物质。物体会向周围的环境辐射热能，使其温度降低。由于太空中几乎没有物质可以吸收这些辐射并重新辐射回来，因此会持续地失去热量，导致温度进一步降低。

太空中的温度虽然号称接近绝对零度，但它实际上并不会令人立即冻结。

在太空中，没有气体或液体来传导热量，因此热传递的方式受限。直接的热传递路径被剥夺，因此无法快速从人体表面带走热量。这意味着人体不会立即感受到极低的温度。太空中的物体可以通过辐射来失去热量，人体也会通过辐射散热，但由于人体温度相对较低，辐射能量较少，散热效率相对较低，这意味着人体在太空中辐射散热的速度较慢。

然而太空自有一种快速散热的方式：真空。真空的环境缺乏气体压力和分子。当人体暴露在真空中时，液体（如水）会迅速蒸发，因为周围没有足够的压力来保持液体状态。这导致液体表面的分子从液态直接转变为气态，带走热量并加速散热。但那时我们需要担忧的首先不是体温而是窒息问题，没有氧气人类用不了几分钟就会窒息而死，而尸体也会在死后缓缓结冰。

调节和保持温度的最大功臣

太阳光是地球适宜温度的主要来源，但在调节和保持地球的温度上大气层才是真的居功至伟。

太阳光是地球上几乎所有能量的主要来源。太阳辐射出的短波辐射（包括可见光）穿过大气层，部分被地球表面吸收，转化为热能。这种吸收的能量被转化为地球的热量，使地球表面升温。然而与地球相似的火星也受到太阳光照射，为何火星的平均温度才-55℃？原因就是大气层。

大气层中的温室气体能够吸收地球表面辐射出的长波辐射，并将一部分能量重新辐射回地面（热量的辐射传递），使地面保持相对较暖，这就是著名的温室效应。温室效应使得地球表面的平均温度升高了约33摄氏度，使得地球上的生命可以存在和繁衍。温室气体在一定程度上阻碍了地球上的热量向外空间的辐射流失，起到了保温的作用。

结语

热量主要有三种传递方式，分别为传导、对流和辐射。然而太空中缺乏物质，因此传导和对流几乎不存在，最关键的辐射因为缺乏物体来吸收并反射，也使得损失太空中的辐射热量损失远远大于太阳辐射的热量输入，最终导致太空中极低的温度。

从热量的传递方式来看，地球并非被晒热而是被焐热的，这也说明了适宜的温室效应是必须的，否则恐怕地球早变成寒冷的火星了。