太陽表面温度5500度,地球都曬熱了,為何太空卻是冰冷的?

太陽表面温度5500度,地球都曬熱了,為何太空卻是冰冷的?

宇宙中存在眾多天體,但只有恆星可以發光發熱,因而它們理所當然地成為了宇宙中的熱源。

在太陽系中,太陽是唯一的熱源,我們之所以會有“熱”的概念,也正是因為太陽的“無私”加熱。

不過,太陽的加熱方式有點奇怪,它似乎可以“隔空加熱”,地球被曬得暖暖的,太空卻是冷冰冰的。

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上一組更直觀的數據:太陽表明温度約為5500℃,地球表面平均温度約為15℃,而太空中只有-270.45°C。

當然,地球能維持現在的温度也離不開大氣層的保温作用,但即使沒有大氣層,地球只會更熱(白天)。

地球在距離太陽1.5億公里的情況下就能變熱,為什麼地日之間離太陽更近的太空卻那麼冷呢?

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太陽的發熱方式

我們常常將太陽比喻成一個燃燒的大火球,可事實上太陽並沒有燃燒,而是在不斷進行核聚變反應。

太陽的主要成分是氫和氦,氫佔了四分之三,剩下的大多是氦,其他元素如氧、碳等只佔不到2%。

牛頓萬有引力指出,物體之間的引力與其質量成正比,因此質量巨大的太陽擁有太陽系中最強的引力。

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眾多大小天體都在太陽引力的束縛下運行,而其本身的氫和氦也被強烈地向內部吸引,造成了核心高温高壓的環境。

在這種環境下,原子的原子核會與核外電子分開,較輕的氦原子核會發生碰撞融合成較重的氦原子核。

恆星的核聚變反應有多種,太陽核心中主要進行的是質子-質子鏈反應,或者稱為pp鏈反應。

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在這個反應中,4個自由的氦原子核融合成了氦原子核,損失的質量會以能量(輻射)的形式被釋放。

太陽中每秒鐘大約進行9.2×10^37次pp反應,3.7×10^38個氫原子核變成氦原子核,釋放出3.846×10^26瓦特能量。

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為什麼太空這麼冷

太陽以輻射的形式向外釋放能量,輻射的傳播不需要介質,因此它可以在真空中以光速傳播。

如果太陽輻射碰到“介質”了會怎麼樣?很明顯,“介質”會將太陽輻射的一部分能量吸收掉。

吸收了太陽輻射能量的物體其內部分子的運動會變得劇烈,當分子運動加劇時,物體的温度也就上升了。

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太陽光照射地球就屬於這種情況,因為地球大氣層中含有無數微粒,地球表面更是物質繁多。

(其實我們對温度的感知主要來自於空氣,氣温一升高,我們就感覺到熱,反之則感覺到冷)

而太空中基本是真空環境,沒有多少微粒可以吸收太陽輻射的能量,自然就沒有温度的變化了。

太陽是唯一的熱源,如果不能吸收太陽輻射能量的話,就無法獲得初始的熱量,更不用説後續的熱傳遞了。

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即使太空中存在少量微粒,它們也無法為太空的温度升高有多大貢獻,因為它們是“各熱各的”,毫不相干。

在地球大氣層中,一個吸收了能量的“高温”分子會碰撞周圍的“低温”分子,將熱量傳遞下去,這稱之為傳導。

但太空中幾乎沒有壓強,各個微粒相隔甚遠,一個受熱的分子很難碰撞到另一個不太熱的分子。

另外,除了輻射和傳導之外的第三種熱傳遞方法——對流,在太空中也行不通,因為沒有重力,温度不同的分子不會發生位置交換。

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在太空會被凍僵嗎?

有人會認為,太空中比地球上任何地方都冷,人要是到了那裏肯定會立刻被凍僵,但事實並非如此。

人之所以會被凍僵是因為身體的熱量全部散失,熱量的散失本質是熱量的傳遞,從人的身上傳遞到周圍。

上面説了,熱傳遞有輻射、傳導、對流三種方式,在太空中只有輻射是可行的,單一的散熱方式就意味着人體熱量散失的速度會降低。

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如果身處在無法被太陽照射到的位置,一個人被凍僵的時間可能是8-12個小時,具體時間因人而異。

在這個假設中我們並沒有考慮氧氣和低壓,顯然,要真到了太空,它們對於我們而言才是最致命的。

不過,要是運氣好能“蹭”點陽光人是不會被凍僵的,這時候人體的温度大約是10°C(當在靠近地球大氣層的外太空)。

但不要直接面對太陽,因為在直射情況下,它能把一切物體加熱到120°C,那個時候人鐵定要被烤熟。

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