太陽和地球之間溫度接近「絕對零度」,那地球上的高溫是哪來的?

网瘾少女 2022/10/25 檢舉 我要評論

太空的「溫度」

太空確實是接近「絕對零度」的也就是零下273.15度。之所以說接近是因為還有宇宙的微波背景輻射,才讓宇宙的溫度比絕對零度高了那麼一點點,大約為零下270.4度。

不過,說太空的溫度是零下270.4度,其實也不算準確。

這需要結合溫度的定義來看。溫度是表示物體冷熱程度的物理量,微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度。

關于分子的熱運動,我們來看一個很簡單卻很著名的實驗

在一上一下兩個大玻璃瓶中,灌滿了不同的氣體。一瓶氣體有顏色,另一瓶氣體沒有顏色。并且下面瓶子里的氣體密度更大。然后打開兩個瓶子之間的隔斷,然后通過顏色變化,發現兩個瓶子空氣開始混合,最后都變成了較淺的顏色。說明兩瓶空氣混合在了一起。

這種現象就是分子熱運動的體現,如果沒有分子熱運動,那麼下面瓶子里的氣體密度更大,那兩者必然是很明顯的分層,而不會相互融合。并且溫度越高,氣體混合得就越快。

所以,要形成溫度。需要滿足兩個條件:

1需要有微觀分子。2還需要微觀分子進行熱運動。

這就造成了兩個極端,如果存在分子,但是分子不進行熱運動,那麼表現出來的就是真實的絕對零度。但是如果一個地方壓根沒有分子,或者分子數量極少。那麼這或許就不應該叫絕對零度了。應該叫沒有溫度更合適一點。而太空里就屬于這樣的情況。那里的分子極少,少的幾乎可以忽略,所以也就不存在溫度這個概念了。

太空里實際上接近真空物質很少

熱量如何到達地球?

在了解了宇宙為何是絕對零度,或者說宇宙沒有溫度之后。問題依舊沒有解決,反而變得更有意思了。為什麼太陽散發出的熱量,會加熱地球,而不會加熱宇宙呢?

要解決這個問題,我們需要先了解熱量傳遞的三種方式。

其中熱傳遞和熱對流都不是地球獲取熱量的方式。

熱傳遞是需要兩個溫度不同的物體相互接觸。而熱對流則是適用于氣體或者液體等流體之間的,同樣需要流體之間相互接觸。而太空中只有極為稀少的分子,所以自然不能用這兩種方式向地球傳遞熱量。

電腦主機的水冷散熱等應用了熱傳遞的原理

最后一種便是熱輻射了。既然前面兩種方法都不能讓地球接收到太陽的熱量。那就只能依靠最后一種方法了。只要是有溫度的物體,都會散發出熱輻射,并且溫度越高,熱輻射越強。

再者,熱輻射是一種電磁波,可以在真空中傳播,所以自然能夠將太陽的熱量帶給地球。

熱輻射如何「加熱」地球?

好了,想必到了這里,有人會覺得這個過程應該到這就結束了:熱輻射被大氣吸收,然后加熱了大氣。然后就讓地球熱起來了。

不過,如果是這樣就結束的話。會有一個反常識的現象:如果太陽的熱輻射是被大氣吸收,那麼離太陽越近的地方溫度越高,也就是海拔越高,溫度也應該越高。但是根據我們所了解到的常識:海拔越高,溫度越低——所以喜馬拉雅山脈才會呈現出白雪皚皚的樣子。

這又該如何解釋呢?

地球被「加熱」的過程示意圖

所以這傳熱過程還沒完:太陽熱輻射的波長較短,而大氣則不容易吸收這種短波。所以只有很少的部分會被大氣直接吸收,更多的還是直接穿過了大氣,達到地面。

經過地面的反射和吸收,原本的短波被轉變成長波之后,就更容易被大氣吸收了。所以也就形成了離地面越近,溫度越高的規律。

熱成像儀也運用了熱輻射的原理

熱輻射的應用

在知道了地球獲取熱量的方式之后,人們也開始對這一現象開始研究。從而誕生了很多具體應用。

首先熱輻射有一個非常廣泛的應用。那就是我們現在廣泛使用的測溫槍。在疫情爆發后,誰還沒有幾次被測溫槍「支配」的恐懼呢。它利用了上文提到的,溫度越高,熱輻射越強的規律,直接檢測人體的熱輻射強度,從不用接觸就能測出人的體溫。有力地支持了全國的防疫工作。

不僅在地球上,宇宙中的空間站,也要借助熱傳遞的幫忙。因為空間站中的儀器,和宇航員等都會源源不斷地產生熱量,空間站自身還處于幾乎真空的太空中。沒有物質和空間站接觸,空間站也不是流體,所以熱傳遞和熱對流都不能幫助空間站散熱。 所以空間站需要散熱。并且只能通過熱輻射的途徑散熱。

紅圈內為國際空間站散熱片

看到這里,你可能會感嘆原來熱輻射的應用還真不少。不過和下面這個比起來,前面的都是小弟。那就是利用熱傳遞可以「隔空傳熱」和微波可以攜帶高額能量的特性,將其發展為武器。這類武器可以在瞬間釋放出高功率微波能量殺傷目標。目前世界的各大軍事強國都在研究。

微波武器示意圖

但是,目前公開的研究,進展似乎并不順利。主要是發射的微波功率不夠,需要長時間照射目標。這樣很容易被目標發現,所以只能用于一些小型目標。

但是這也足夠了。比如對付敵方來襲的飛彈。

通常,飛彈來襲時,要麼是用另一枚飛彈攔截:要麼是用高射速機炮發射密集的火力網進行攔截:但是難度很大。

想象一下,這就相當于一個人朝你扔石頭,你也要扔一塊石頭去打扔過來的石頭。這樣的難度,即使是在計算機的輔助下,依舊不能保證命中。

「響尾蛇」飛彈的導引頭暴露在外易受到攻擊

而微波武器一旦上場,將不存在這些問題。因為微波擁有光的傳播速度,幾乎可以瞬間照射到目標身上,并且對于飛彈來說,要有一個十分精密的導引頭用來鎖定目標。而微波攜帶的能量要瞬間摧毀整個飛彈可能不行,但是要燒壞工作條件較為嚴苛的導引頭,是很容易的。

綜上,盡管現在的微波武器尚不成熟,但是擁有很大發展前景。

結語

那關于地球的熱量是哪里來的這個問題,是講完了。雖然這不能幫助你更加涼快,但起碼能讓你熱個明白。就算要熱死,也要知道為什麼被熱死。哈哈開個玩笑!

搶先看最新趣聞請贊下面專頁

用戶評論
你可能會喜歡