为什么太阳和地球之间的太空很冷,而太阳照射地球却会变热?
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地球地表的热量主要都是来自于太阳光辐射,太阳光辐射主要为黑体辐射,其辐射的光谱波长主要与其表面温度相关,而太阳的表面温度约为绝对温标6000K,在色温里属于标准白光。因此,太阳光辐射绝大部分集中在可见光(所有波长的可见光合在一起就变成白光了)附近,包括人眼不能识别的红外线和紫外线,更短和更长的波长占比就很小了。
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色温图
了解了这些基础知识后,我们就可以来讨论太空为什么会这么冷了。我们知道在太空中是一片漆黑而又透明的接近真空的空间,漆黑是因为看不见光,透明是因为能看到它背后的星光。这表明太阳光几乎并没有被任何物质遮挡和吸收。在太空中几乎没有任何物质吸收太阳光辐射从而产生热量,因此太空中是将接近绝对零度的,不过只要人或物体正对太阳,猛烈的太阳辐射就会很快把他(它)的向阳面加热。
虽然太空处于超低温,但由于没有物质起到热传导的作用,所以人体即使暴露在太空中并背离太阳照射,热量也不会快速散失。这是因为三种散热方式中热传导和热对流已经不可用了,只能通过热辐射散发热量。如果表面有水分暴露,倒是可以通过蒸发带走热量。
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太空人
那么太阳光照到地球呢?前面其实已经给出答案了,因为地球上有物质吸收了太阳光辐射,光的能量被转化掉了。太阳光首先被地球的外层大气拦截的是其中的短波辐射,主要是波长较短的紫外辐射,高能的紫外辐射使外层大气电离,并产生高能的带电粒子,热实际上就是粒子的高速运动,所以这里也称为热层,又叫暖层。虽然这里的气体温度很高,但是由于空气异常稀薄,因此如果人在这一层逗留,不是被热死的,而是被冻死的……前提是你没有被紫外辐射烧死……
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大气层分层
好像写得有点啰嗦了,还是尽快进入正题吧,地球之所以在太阳辐射下变热,主要还是因为太阳光照射到地表和海洋,照射到海洋的部分被海水吸收了,我们先不说。而被地表吸收的地面将导致温度上升,除了大量的可见光反射回太空而耗散掉以外,一部分以热辐射的形似向外辐射,这部分热辐射低于可见光波长,包括的红外辐射和微波辐射,波长与地表的温度有关。而这部分的波长的热辐射会被大气中的温室气体吸收而无法反射回太空,从而导致大气升温,结果就是即使到了晚上,也不会很冷。
其实,在太空中讨论温度是没有意义的,因为宇宙中近乎真空的环境中,没有几个分子,没有了分子的运动,又怎么可能让人觉得温暖呢?因此在宇宙的空间只有一个温度,就是绝对零度。其实也可以从温度的定义中看出来,温度的定义是表示物体冷热程度的物理量,微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。所以,现在既然没有物质哪来的温度。
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那地球上就完全不同了,有着厚厚的大气层,可以这么说地球能变热完全是归功于地球上的大气层。
热传递不外乎有以下三种传递方式:
热对流,这是气体和液体吸收和传递热能量的方式
热传导,这是固体物质传递热能量的方式
热辐射,太阳和恒星等发光发热的物质,都是以这种方式传递热能量的。
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人之所以能够感觉得到太阳光的温暖,完全是因为人可以吸收热量,大地、空气分子也一样具有吸收太阳热能的能力,白天吸收热能量,晚上释放出去。
地球大气具有类似棉被的保温作用,可使地球白天吸收的太阳热能量损失得慢一些,月球没有地球一样的大气保护,白天吸收的热量,晚上马上就释放到宇宙空间,所以昼夜温差大。
火星红色,也不是它的大气被剥离造成的,地球上同样也有很多红色土壤,其颜色只与所含矿物质的颜色有关。
请点击输入图片描述
简单总结一下,就是空间分子的多少让太空和地球的温度相差那么多。
被表面吸收的地面将导致温度升高。除了大量的可见光被反射回太空并消散外,一部分可见光以热辐射的形式向外辐射。这部分热辐射低于可见光的波长,包括红外辐射和微波辐射。
太空中简直没有任何物质吸收太阳光辐射然后产生热量,因而太空中是将挨近绝对零度的,不过只要人或物体正对太阳,强烈的太阳辐射就会很快把他(它)的向阳面加热。尽管太空处于超低温,但因为没有物质起到热传导的效果,所以人体即便露出在太空中并背离太阳照耀,热量也不会快速散失。
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