外太空那麼冷 太陽的熱量是怎麼傳到地球上面的
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熱量傳遞有三種方式——輻射、傳導和對流。在自然界中,這三種方式常常混在一起,這樣就造成一些誤解,所以下面我們把它們分開來講講。
輻射是說光子或者其他粒子打到被輻射的物體上,引起物體溫度的升高。典型的例子就是炎炎夏日,如果站在烈日下,會被曬的很慘,這裏面的曬就是來自太陽的陽光輻射的效果。陽光不僅會曬傷皮膚,還會把柏油路面曬化,把井蓋曬得可以煎雞蛋。但是我們常說的氣溫以及感受到的悶熱的空氣,卻不是太陽輻射導致的。不信的話,你可以站到樹蔭下,或者打一把100%遮光的大傘,看看是不是還能感受到氣溫的熱度?
這種氣溫的升高主要就是傳導和對流的效果了,和輻射這種可以跨越億萬光年的方式不同,傳導和對流這兩種加熱方式受到空間的限制,主要對熱源附近的區域內比較有效,而且需要介質的幫助。比如靠近地表的空氣更容易被加熱,海拔每升高100米,氣溫平均會下降0.6度,這樣一來夏天去山上或者高原避暑就成爲了很多人的選擇;而到了民航客機飛行的萬米高空,機艙外的氣溫常常是零下幾十度,寒冷程度堪比南極了。
太陽和地球的距離很遠,兩者中間的行星際空間很空曠,是什麼給了地球溫暖?答案就是太陽光(電磁輻射)。
太陽和地球之間的宇宙就是行星際空間了,非常冷,溫度接近於絕對零度,這裏的溫度與宇宙的溫度基本接近、有知道光在真空環境中沒有熱效應,當太陽光照射地球,光的輻射能被地球上的物質吸收,從而發生熱效應。這就是太陽光照的由來,由於物體吸收的輻射能不同,產生的溫度也不同,這樣熱量就成功傳導了被照射的物體上。太陽產生的熱量來自氫核聚變,熱輻射可通過電磁波向外傳遞能量,由於地球與太陽之間巨大的距離,那麼這是一種熱輻射效果,由於光與熱是同一種東西,也就是光的熱效應。
太陽表面溫度可達到5000攝氏度,內部溫度爲1500萬攝氏度,如此高溫的環境是太陽源源不斷釋放出熱量的原因。在地球表面和軌道上接受到的光照有些不同,經過大氣層的遮擋和屏蔽之後,熱效應的效率會降低。但是在軌道上,熱效應就非常明顯了,同一個物體的正面和背面的溫差就很大 ,正面可達到上百攝氏度,背面就是零下,這就需要材料的抗溫差範圍較大,傳統的材料已經無法滿足需求。這與月球表面是一個道理,在沒有光照的情況下,溫度直降到零下,有光照的地方就是高溫。當然,如果探測器直接飛入太陽,那麼不用多久就已經氣化掉,不用說距離恆星太近,就是足夠遠的位置,也會因爲光的熱效應導致無法繼續生存下去。
熱傳導需要物體與物體之間的接觸,從本質上看,熱傳導是由物質中大量的分子熱運動互相撞擊,而使能量從物體的高溫部分傳至低溫部分,或由高溫物體傳給低溫物體的過程。我們使用熱水袋、電熱毯就是這樣的原理。
熱對流在我們的氣候中,出現得比較多,是指熱量通過流動介質,由空間的一處傳播到另一處的現象,在氣象學上,溫差導致了大氣對流,造成很多不同的天氣狀況的發生。在海洋洋流中,熱對流也是造成大洋環流的原因之一。
熱輻射是遠距離傳熱的主要方式,不需要任何介質在其中發揮作用。我們的太陽是一個不斷進行核聚變的巨大能量聚集地,它向四周不停息地發射着各種波長的電磁波,這些電磁波包括X射線、γ射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線等,波長範圍覆蓋了從X射線到無線電波的整個電磁波譜。其中很多對人體有害的電磁波被地球大氣層擋住了。
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