隨著天文學的不斷發(fā)展,我們如今已經知道地球的所有能量來源,幾乎都是依靠太陽來提供。當太陽對外釋放能量,且最終被地球吸收之后,地球上才逐漸出現(xiàn)了生命。時至今日,即便在人類文明高度發(fā)達的年代,人類也依舊無法確定,在離開了太陽之后,是都能夠繼續(xù)存活下去。 ![]() 然而在太陽向地球傳遞能量的過程之中,其中一個現(xiàn)象卻令人十分的疑惑。那就是太陽的表面溫度高達5500℃,當太陽光射向地球以后,地球都已經被曬熱了,為什么太陽與地球之間的太空卻依舊是冰冷的?要知道在太陽光抵達地球的過程之中,能量勢必會源源不斷地通過這段路程。 ![]() 溫度 想要了解問題的答案究竟是什么,我們就應該首先了解,什么是溫度?溫度的表現(xiàn)形式又是什么?換句話來說就是,我們人類是如何感知到外界的溫度變化的? 首先,從物理學的角度來講,溫度其實就是表示物體冷熱程度的一個物理量。而從微觀的角度來講,物體對外表現(xiàn)出來的冷熱程度,其實也就是分子運動的劇烈程度。 ![]() 那么我們是如何感受到溫度的變化的呢?在不少人看來,人類感受外界溫度變化的方式很簡單,只需要用溫度計進行相關測量就行??墒聦嵣?,這樣的測量方法其實并非是直接的測量方式,而是通過物體溫度變化的某些特性來間接進行測量。 以水銀溫度計的工作原理為例,其實就是在水銀被加熱的時候,會發(fā)生膨脹,并沿著玻璃管不斷上升。而當它上升到某一個刻度的時候,我們就可以認為溫度到達了這個數(shù)值。 ![]() 可事實上,在真實的溫度測量之中,最正確的方式應該是去測量物體分子的具體運動狀態(tài)究竟有多劇烈。像我們平時在感知某一杯水的溫度時,也就是感受水分子在這種狀態(tài)下,其運動狀態(tài)究竟是什么樣子的。也只有這樣,其實才是溫度最直觀的一種表現(xiàn)以及感受。 ![]() 當我們將這種感受放在宏觀時,原理其實也是一樣的。太陽直射到人身上的時候,其實也就是我們人體接受到了太陽光子在我們身體上的作用。也正因如此,我們才能夠感受到外界溫度的變化。 ![]() 值得一提的是,我們所感受到的能量,其實已經是太陽對外散發(fā)出的光芒進行了很大程度地削減以后的能量??茖W家們經過研究發(fā)現(xiàn),太陽光從太陽抵達地球,大概需要八分20秒左右的時間。時間雖短,但由于距離實在太長,所以才會出現(xiàn)溫度降低的情況。 太陽的熱量來源 在了解了溫度的性質以后,我們還需要了解太陽的能量來源。簡單來說就是,太陽表面溫度5500℃的高溫究竟從何而來。為什么在冰冷的太空之中,太陽卻能夠保存如此的熱量。有關于這一點,就必須要從太陽的形成開始說起。 ![]() 在現(xiàn)代天文學的認知之中,太陽是在距今大約45.7億年以前,有一個坍縮的星際氫分子云形成。對此,很多人可能會比較疑惑,這個時間年限究竟是如何測量出來的。其實答案很簡單,科學家們在電腦上模擬恒星的演化歷程之后確認,太陽的形成時間其實就是在距今大約45.7億年前。 ![]() 除此以外,通過放射性年代測定法也可以知道,目前太陽系中所存在的最古老的物質,距離現(xiàn)如今的時間也就是大約45.7億年以前。因此,當兩種方式都指向同一個答案以后,太陽系的形成時間自然也就確認了。那么太陽的高溫又是從何而來的呢? ![]() 這主要是因為在太陽的演化過程之中,太陽內部持續(xù)不斷地發(fā)生核聚變反應。在太陽核心之處,氫分子聚變成氦,使得太陽每秒鐘都能夠產生超過400萬噸的能量,而這些能量又可以對外產生中微子以及太陽輻射。 通過對太陽能量的分析,科學家們還得到了另外一個答案,那就是太陽在主序帶上將這些物質能量全部消耗殆盡的時間,差不多應該在100億年左右。 ![]() 也正因如此,科學家們才得到了太陽的生存壽命。而就目前的發(fā)展來看,太陽正處于壯年時刻。當然,有關于原生太陽又是如何形成的,以及宇宙最原始的熱量究竟從何而來,這一切就要追溯到137億年以前的宇宙大爆炸事件。在宇宙大爆炸之后,原本無限致密的熱分子逐漸分散到宇宙各個區(qū)域,宇宙的溫度也逐漸降低了下來。 ![]() 可由于原始宇宙的溫度已經高到了人類無法想象的地步,因此,即便熱量分散,依舊會有無數(shù)像太陽一樣的高溫恒星出現(xiàn)在宇宙之中,而其他空間的溫度則會表現(xiàn)的特別低。 冰冷的太空 根據(jù)數(shù)據(jù)資料顯示,目前外太空的基本溫度保持在零下270.45℃左右。相比于決定零度而言,也僅僅只是升高了幾℃而已。對此,許多人都十分不理解,為什么太陽表面溫度5500℃,地球表面溫度約為15℃,太空卻只有這一點溫度? ![]() 其實這就和太陽對地球釋放溫度的過程有一定的關系,在這個過程之中,地球是最后的接受者,宇宙太空只不過是一個“通道”而已。在經過這個沒有任何物質阻撓的通道時,自然也不會有任何熱量停留。換句話來說就是,溫度想要表現(xiàn)出來,必須要有介質的存在才行。 ![]() 可我們要知道的是,太空本就是真空環(huán)境,根本沒有任何承載物能夠承載熱量。也正因如此,太空是冰冷的,而地球則能夠接收并“表現(xiàn)”出一定的溫度。 舉一個簡單的例子,當我們在夜晚用手電筒朝著某一個方向筆直照過去的時候,如果沒有任何阻礙,人類根本無法感知到手電筒上的光究竟傳到了多遠的距離。可如果在這個方向,有任何阻擋物的存在,那么我們就可以通過阻擋物來推測光線的傳輸距離。 ![]() 而溫度從某種意義上來講,其實和手電筒發(fā)出的光是一樣的,在沒有介質接受的情況下,不會對外表現(xiàn)出來。我們人類之所以能夠感受到光或者溫度的存在,主要原因就在于我們自身其實也可以看成是“介質”的一種,能夠接收到這種信號。值得一提的是,根據(jù)普朗克衛(wèi)星最新的探測結果顯示,宇宙在大尺度上,表現(xiàn)出來的特性是平坦的。 ![]() 而通過宇宙學的基本理論,我們還可以計算出宇宙的平均密度大約在0.9*10^-29g/cm^3。很多人可能不太理解這個數(shù)量級代表了什么含義,其實即便是與地球上的空氣密度相比,這個數(shù)量級都顯得太過渺小。正因如此,宇宙空間用真正意義上的空曠來形容,確實毫不為過。在這樣的情況下,當空間之中沒有任何物質能夠承載熱分子的時候,自然也就會顯得無比冰冷。 ![]() 保溫的地球 當然,就地球接受太陽溫度這件事情來說,很多人對一些現(xiàn)象也不太能夠理解。例如太陽為地球提供了這么多年的熱量,為什么地球溫度卻一直沒有升高。要知道我們在用火烘干某一件物品的時候,只需要一會兒時間,物品就會變得十分干燥。 其實這個問題可以從多個角度來進行解釋,首先是在微觀科學上面,地球所接受到的大部分能量其實都會被地球上的生物所吸收。除去植物的光合作用之外,人與動物也同樣會進行一定程度的吸收。 ![]() 不僅如此,到了夜間的時候,其實太陽之中的部分光線和能量還會消散到宇宙之中。換句話說就是,在太陽為地球提供熱量的同時,地球還在對外釋放熱量。在這樣的情況下,地球也就自然而然地保持了恒溫的狀態(tài)。其次則是在宏觀的角度來看,其實用能量守恒就可以進行解釋。 ![]() 在太陽與地球這兩個不同的天體上面,溫度始終處于平衡狀態(tài)。因此,地球溫度幾乎都沒有發(fā)生過太大的變化。而近些年來地球升溫的現(xiàn)象,主要原因也是由于人類活動的影響,和太陽光照并沒有太大的關系。值得一提的是,很多人其實還比較疑惑,珠穆朗瑪峰與太陽之間的距離遠比海平面要“近”得多。 ![]() 可為什么珠峰上的溫度卻十分寒冷,而海平面卻溫暖宜人。有關于這方面的問題,就不能僅僅只看太陽光照的影響。 而在這一點上,其實高海拔地區(qū)和外太空還有一點相似。當空氣稀薄,無法保存熱量以后,溫度自然就會下降。在地理上面還有相關的數(shù)據(jù)顯示,海拔每升高100米,氣溫就會下降0.6℃左右。 ![]() 海拔每升高1000米,氣溫就會下降6℃ 在外太空曬太陽? 了解了相應的問題之后,我們不妨設想一下,假設宇航員們在沒有身穿宇航服的情況下在外太空之中曬太陽會有什么樣的遭遇?很多人可能會想,外太空中溫度只有零下270的℃左右,自然會受到冷凍的影響。 可事實上,究竟會面臨什么樣的遭遇,還要通過具體情況具體分析。前文就已經提到過,我們人體自身也屬于“介質”的一種。因此,即便是身處于太空之中,如果能夠接受到太陽光照,溫度問題自然能夠得到解決。 ![]() 可需要注意的是,如果真的在沒有宇航服的保護下在外太空接受太陽照射,人們一樣要避免直射太陽。畢竟我們人類在地球上接受的陽光,其實是經過臭氧層“篩選”以后剩下的。而太空之中沒有臭氧層的保護,陽光甚至能夠將人體加熱到120℃左右。當然,如果無法接受到太陽的照射,人類確實在太空之中被凍僵,而凍僵的時間大約在8-12個小時之間。 ![]() 只不過相比在凍僵之前,人類還會面臨另外一個難題,如何應對真空環(huán)境?在這樣的情況下,溫度其實已經成了其次。正因如此,其實現(xiàn)如今各個國家的宇航員們在進行太空行走以及太空艙外活動的時候,最需要注意的地方就是艙外航天服是否正常工作。畢竟在太空之中,宇航服便是宇航員們最主要的保障。 ![]() 由于太空的極端環(huán)境影響,人類在對太空進行相關研究的時候,就必須要在環(huán)境問題上做到相應的準備。太空雖然是冰冷的,但當太空中存在某一個能夠接收到陽光直射的物質時,這個物質便不會是冰冷的。只有了解了這一點,人類才能更好地對地外太空展開研究。 |
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