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太阳和地球之间温度接近「绝对零度」,那地球上的高温是哪来的?

2024-03-07科学

前言:

每年的这个时候,夏至已经过了一大截,人们一直盼望的夏天却来了让人又爱又恨的「高温天气」。小的时候,老师还告诉我们,夏天是因为太阳离地球最近,所以才会这么热。那我们离太阳越来越近,会不会就变成了一个火球呢?当然不会了,因为这只是老师的一种打比方的解释。虽然夏天很热,但是太阳和地球之间,却并没有「传热」这样的操作。

所以太空中都是「绝对零度」,那为什么在接近绝对零度的太空中,地球上却能出现那么高的温度呢?那么接下来,我们就一起来揭开这个「高温之谜」。

一、为什么太空中温度接近「绝对零度」?

温度和热量是人们非常熟悉的物理量,而「绝对零度」在物理学中指的是零开尔文。而在摄氏度中就是零下273.15度。而在太空中,温度是非常非常低的,大概只有零下270.4度。这也是因为有微波背景辐射的存在,若没有这个存在,那宇宙的温度就应该是零下273.15了。

那为什么太空中的温度会这么低呢?其实微观角度来看,温度是由分子的热运动决定的。也就是说即使是太空中,也应该有温度。但是太空中的物质非常稀薄。而温度这个物理量,是用来描述物质内部分子热运动程度的。那么在太空中,几乎没有什么物质,自然也就没有什么分子的热运动了。所以在这种情况下,温度自然也就不「上不着天」的。

再来说说,什么是温度?温度是反映物体冷热状态的物理量,它表示的是物体内部微观分子热运动的剧烈程度。说的直白一点就是物体内部的分子乱飞的程度。当分子的运动完全停止时,温度就是绝对零度。既然温度和分子的热运动紧密相连,那么温度是如何决定的呢?这就要从分子速度的分布情况来说起。在一个封闭的空间中,有很多气体,且处于完全平衡状态,这时我们可以得到这样的一个结论:若A物体的速度是V1,B物体的速度是V2,那么在这个空间中,V1>V2。

那么这个结论是如何得出的呢?这要从麦克斯韦-玻尔兹曼分布定律说起,这个定律是用来描述气体分子速度分布的,它告诉我们,相同温度下的两种气体分子速度的分布情况。具体来说,它告诉我们的是:高速分子的数量一定比低速分子的数量要多。

那么这和温度有什么关系呢?这就涉及到了热平衡和温度的概念了。当两个物体处于热平衡状态时,它们的温度是相等的。所以当高速分子和低速分子两种气体达到了热平衡时,它们的温度也是相等的。那么根据麦克斯韦-玻尔兹曼分布定律可得出,在相同温度下,高速分子的数量一定是大于低速分子的数量的。所以简单来说,温度就是一个描述分子热运动程度的物理量,而在太空中,物质稀少,分子运动微乎其微,自然温度就很低。

二、地球是如何接收太阳的热量的呢?

相信很多人都会有这样一个疑问,地球到底是怎么接收到太阳的热量的呢?这个太空那么大,而且太空中又没有介质,所以热量是无法通过传导和对流的方式传播的,那么地球又是如何完成「传热」这一操作的呢?

其实很多人都忽略了太阳这一物体本身就会产生热辐射。地球接收太阳热量最主要的方式就是通过热辐射来完成的。所谓热辐射,就是处于高温物体的分子不断自发的排放热量,并将这些热量以电磁波的方式传播出去。而且热辐射是可以在真空中传播的,所以即使在广袤的宇宙空间中,热辐射也能将太阳的热量顺利送达给地球。太阳产生的热辐射会以光的形式照射到地球表面,这些光子在穿越大气层时,会与大气层中的分子发生相互作用。

但有一点大家要注意,虽然大气层很厚,但是大气层中的气体却是非常稀薄的。所以大多数光子会直接穿过大气层到达地表,而只有少部分的光子会与大气中的分子发生相互作用。而这些与大气中的分子发生相互作用的光子,会使大气分子的热运动变得更加剧烈,也就是说会在大气层中产生更多的热量。

随着时间的推移,这些光子终于到达了地球的表面,而地球的表面反射率会使这些光子产生不同的「命运」。当光子照射到地面时,地面会对这些光子产生不同的反应,具体来说,地面会对光子产生三种不同的反应:反射、散射和吸收。

其中,反射是指光子照射到光滑表面后,全部以相同的角度反射回原处。比如光镜面,光线照射到镜面上,会完全反射回来。散射是指光子照射到粗糙不平的表面上,会以不同的角度、不同的路径向四面八方散射开来,而不是像反射那样全部回到原处。就好比天空中的云层,云层就是一个天然的散光体。

吸收则是光子被物体吸收,被吸收的光子会为物体提供能量。当光子照射到地面时,地面会同时发生反射、散射和吸收这三种情况。但是就目前来说,大气层和地面都还不能让人类在太空中生存。所以这些光子在与大气层和地面发生相互作用之后,最终又以热辐射的方式重新进入到大气层中。

当这些光子重新回到大气层时,会与大气分子再次发生相互作用,这时就只剩下少部分热辐射会逃脱大气层的束缚,进入到太空中去。这些到处都是大自然之间「互动」的过程,最终会使太空中的「绝对零度」与此无关。所以要回答这个问题,就要先知道大自然是如何「互动」的。

三、大自然是如何互动的呢?

大自然中,最常见的自然现象就是「水循环」了。它通常包括蒸发、凝结、下降和回流这四个过程。而大气中的「温室效应」和地球的「温度」也和水循环这两个自然现象息息相关。大家都知道,水循环是由太阳能驱动的,而温室效应又是因为大气层中的水蒸气对紫外线有很强的吸收作用,这些水蒸气会放出更多的热能,使得地表温度提高。而正是因为这两者的存在,地球才能变得这么温暖。有了大气层,地球表面不会太过寒冷,而有了温室效应,地表温度不会太高,而大自然的这一举一动,最终将太空的「绝对零度」和地球的「高温」紧密联系到了一起。

当太阳光照射到地球上时,其中有一部分会被大气层反射回去,而另一部分则会被地表吸收。被吸收的太阳光会通过光合作用转化为植物的生长能量,而植物也会通过呼吸作用将多余的氧气释放出来,这就是地球上的「氧气循环」。地球上的「水循环」和「氧气循环」都会影响到「地面温度」,但最终影响地面温度的还是「热辐射」。当地面温度增高时,会不断释放热辐射,这些热辐射会和从太阳发出的大气层中的热辐射一起,重新回到大气层。

在大气层中,这些热辐射又会和水蒸气、二氧化碳等其它气体发生相互作用,最终又会以热辐射的方式离开大气层,进入到太空中。而这些热辐射以一种特殊的方式离开地球,会使地球的温度保持在一个适宜的范围内。

笔者认为。

随着科技的发展,人们对太空的探索也越来越深入,而对这个有趣的问题,科学家们也给出了很多解释。所以我们并不需要担心太阳温度太高,会把地球烧得精光,毕竟我们还有一层坚硬的「大衣」保护着我们。所以还是让我们共同面对即将到来的高温吧,而对那些想吃雪糕逃避夏季的朋友们,也要提醒大家多注意个人卫生。