太陽表面接近6000℃,能把地球曬熱,為什麼太空卻接近絕對零度?

2022-03-13     小黃侃科技

原標題:太陽表面接近6000℃,能把地球曬熱,為什麼太空卻接近絕對零度?

文章開始前,考考各位讀者朋友,如果你能像超人一樣飛行,但是你只有現在的肉身之軀,那麼當你直直地向太陽飛去時,你最後會怎麼「原地去世」?

可能很多朋友都會說:當然是被熱死啊,人相對太陽近者熱而遠者涼,這是古人都懂得的道理,在地球上尚且會被曬到中暑,向太陽靠近,那還不得被曬化了。

這樣的回答乍一看好像沒什麼毛病,然而事實真是如此嗎?大家都知道,地球上熱量的多少與太陽有直接關係,那麼這個熾熱的火球到底有多熱呢?根據科學家的測算,太陽內部溫度高達1500萬攝氏度,表面溫度也接近6000攝氏度。

「熾熱的太陽」

太陽這麼熱,能夠把遠在14710公里外的整個地球都曬燙,而有一個現象卻很反常,那就是中間那段太空環境,溫度接近絕對零度。

絕對零度,即-273.15℃,這是宇宙中理論上存在的最低溫度,也就是說如果我們不戴防護裝置向太陽飛去,最後我們只會被凍死在太空中而不是被熱死。

絕對零度

太陽這麼熱,為什麼太陽光可以傳播這麼遠讓地球發燙,卻不能把太空環境給曬熱呢?這個問題我們可以從太陽是怎麼發熱的、地球為何會被曬熱、太空為何接近絕對零度這幾個方面進行了解。

太陽是怎麼發的熱?

太陽是一個火球其實並不準確,因為它根本就不會燃燒,其發熱原理就在於其內部無時無刻不在進行著的核聚變反應。

「太陽像一個火球」

巨大的太陽是一個熾熱的氣態星球,由26%的氦和71%的氫其他少量元素構成,大約形成於45.7億年前,根據測算,其半徑大概是地球的109倍,由此可以得出太陽的體積約為地球的130萬倍。

巨大的體積意味著巨大的質量,太陽的質量之大,占據了整個太陽系總質量的99.86%,如此大的質量,其內部必然是一種高溫高壓環境,在這樣的環境下,太陽內部的氫原子不斷發生著熱核反應變成氦原子,這一過程就叫做核聚變反應。

太陽結構

與之類似,氫彈爆炸的原理就是元素髮生核聚變反應。一顆氫彈的爆照產生的能量對於人類而言,已經是我們所能瞬間釋放的最大能量,然而和太陽相比,這實在是小到可以忽略不計。

根據演算,太陽每秒鐘釋放的能量相當於910億顆百萬級的氫彈同時引爆,正是這樣連續不斷的氫彈爆炸,才使得太陽變成了一個發光發熱的火球。

氫彈結構

地球為啥會熱?

地球表面的平均溫度為15℃左右,最高可達58℃,這些都是源於太陽的饋贈。前面我們說過,太陽離我們有1億多公里,那麼熱量是如何傳遞這麼遠來到地球的呢?這裡就要補充一下溫度傳遞的三種途徑了。

第一種傳遞方式為直接接觸。我們在高中的時候就知道,不受外界因素影響,溫度總是會自發地從高溫物體向低溫物體傳遞,像我們平時點火燒水就是用的這個原理。第二種傳遞方式為對流空調製冷制熱就是與這個原理有關。第三種傳遞方式為輻射,這也是太陽的熱量傳遞到地球的方式。

空調原理示意圖

輻射的媒介是光,當太陽表面的氫彈爆炸後,其釋放的溫度就會隨著光輻射到整個宇宙,地球當然也能接收到來自太陽的熱量。平時我們說的曬太陽,其實就是在接收太陽的輻射,因為光可以直接穿透人體皮膚,所以我們就能感受到太陽光是很暖和的。

「曬陽光的貓」

地球除了可以接收太陽輻射來的熱量,它還有一項特殊的東西可以保存溫度,那就是大氣層。大氣層是一層圍繞著地球的混合氣體,這一類混合氣體除了可以幫我們維護水圈的循環、阻擋太陽的熱輻射外,還能將陽光的溫暖吸收,並將其分散在周圍。這就是為什麼我們即使是在晚上也不會覺得很寒冷的原因。

光的傳播速度有限,其從太陽到地球所用的時間大約為8分18秒,常識告訴我們,光又是沿直線傳播的,太陽光來到地球之前,肯定會經過一大段的太空環境。既然輻射能到達這裡,為什麼它的溫度還是沒有被陽光改變分毫呢?這就必須要說明一下溫度的本質與太空的環境了。

太空為什麼會接近絕對零度?

溫度到底是什麼?為什麼不同的物體可以有不同的溫度,甚至同一種物體也可以忽冷忽熱?在宏觀上來看溫度就是一個表示物體冷熱程度的物理量,然而我們從微觀來分析,其實它還有另外一層物理意義。

溫度就是粒子動能的一種表現形式。

空間本身其實不存在溫度的說法,在微觀世界裡,溫度就是粒子動能的一種表現形式,一個物體內部的粒子運動得越快,其溫度就越高,我們感覺到這個物體就更熱,反之亦然。這就是溫度的本質。

由於粒子運動的速度可以是無限快,所以宇宙間的溫度理論上是沒有上限的,目前人類可以測算的宇宙最高溫度為1.4億億億億攝氏度。速度最低就是不動,也就是相對靜止,所以當一個物體內部的粒子不再發生運動時,這個物體的溫度就最低,宇宙的最低溫度就是這麼來的,即絕對零度。

從這裡我們就能發現,有溫度就必須要有粒子的運動,沒有運動就沒有溫度,而沒有粒子就沒有運動。太空作為一個高真空環境,幾乎沒有任何物質,只有來自各種天體的輻射和各種高能粒子,就算偶爾出現幾個原子,單個原子之間也會相隔數公里遠。所以說太空中不存在進行運動的粒子,因此這裡也就不存在什麼熱量。

「運動的粒子」

與太空相反,地球上的粒子幾乎無處不在,如果計算整個地球環境的物質,我們會發現這裡的物質密度達到了5507.85千克/立方米,這一數量是太空的10的31次方倍,所以說光輻射可以毫無影響地穿過太空區域來到地球,再被地球大量吸收保留。

冰冷的宇宙,複雜的太空

宇宙十分龐大,是一切物質的總和,裡面包含了無數恆星、中子星及其他形式的天體運動散發出的光與熱,那麼它的溫度會不會很高?不會!宇宙是一個寒冷而寂靜的時空,主要由普通物質和暗物質、暗能量構成,其中一大部分空間都是真空環境,所以太空的溫度就可以看成是宇宙空間的平均溫度。

準確來說,外太空的溫度並非真正的絕對零度,因為絕對零度只存在於理論當中,這裡的溫度大約為-270.15℃,比絕對零度要高一些。不過這樣的溫度凍死生命體還是沒有任何問題的,所以像電影《復仇者聯盟3》中,宇宙的超強法師烏木喉被剛吸入太空就被瞬間凍死,這樣的設定還是很有科學道理的。

烏木喉

電影里有人被扔到太空當「垃圾」,其實在現實生活中這裡也確實存在著很多的「太空垃圾」。隨著人類航天事業的發展,我們不斷將各種太空飛行器送入太空,由於一些特殊原因與不可控因素,很多設備無法被安全送回地球,便被人為引爆或不慎毀壞在太空之中,這些殘留在太空里的碎片就成了太空垃圾。

太空垃圾

太空垃圾很危險,其運行速度非常快,對太空飛行器的安全飛行是一個巨大的威脅,如果有航天設備與之相撞,那設備必然會遭殃,太空只會出現新的垃圾。而且太空垃圾極其難清理,可以說,那些留在太空中的飛行碎片,也許只能永遠留在太空了。

道阻且長

太陽是熾熱的,地球是溫暖的,而太空卻是寒冷的,這一切都與溫度的本質有關。溫度是粒子運動產生的結果,太陽里的粒子發生反應,釋放出熱量,地球上的粒子運動,接收到熱量,而太空中沒有粒子,所以便沒有熱量,正是這樣的原因,才導致了地球被曬熱,太空的溫度仍然處於絕對零度邊緣。

宇宙很神秘,太空很複雜,人類對太空的探索還有很長的路要走。

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-tw/63ee81250811243c21098875e4b81765.html