太阳的‘热量’是如何穿越真空到达地球的?

太阳的‘热量’是如何穿越真空到达地球的?



金星感受到了太阳的热量——但是到底是怎么感觉到的呢?图片来自:NASA、SDO、AIA/Flickr.CC

要理解热是什么,首先,你需要知道的是,世间万物都是由原子构成的,原子很小,小到无法用肉眼直接看到它们(想要看到原子,必须借助一些专业的设备,比如隧道扫描显微镜)——然而就是它们构成了我们宇宙中的所有物质。

如果某些东西是热的,这就意味着它的原子有很多的能量,并且运动得很快;

如果某些东西是冷的,那就说明它的原子只有很少的能量,并且运动得很慢。



在太阳中,日冕的温度可以高达上百万度,比太阳表面几千度还要高

太空确实是真空的,这意味着太空中没有多少介质。然而,太空并不是完全真空的。即使我们忽略掉像恒星、行星和彗星这样的大物体,太空也不是完全真空的。

事实上,太阳不断地将物质,即太阳风,吹入我们的太阳系。它就是导致我们看到的美丽的极光产生的部分原因。



太阳表面的温度高达上千度

但是太阳风的密度并不大——太阳风中的原子比空气中的原子要少得多。这意味着它不能携带太多的热量,所以它并不能解释太阳的热量是如何到达地球的。

热量传递有三种方式:热传导、热对流与热辐射。热量在真空中传递究竟遵循的是哪一种方式,我们可以从热传递的三种方式来进行分析:

传导


传导,就是科学家们所说的通过接触来传递热量。如果你摸到热的东西,它就会把热量传递给你。如果你到摸冷的东西,你就会把热量传递给它。

有些材料,如金属,是良导体。其他材料,如玻璃,是不良导体,被称为绝缘体。



热也可以经过多次传导。例如,如果你把一个金属勺子放入一大杯热茶中,热量会从茶传递到勺子,然后从勺子传递到你的手上。

但是我们没有接触到太阳(幸好没有——它的表面温度超过了5000摄氏度!),而且太空是真空的,所以没有任何东西可以像勺子一样传导热量。

所以我们可以排除传导。



红巨星的表面温度大约在5000度左右

对流

对流,就是流体通过流动来传递热量。液体和气体都能以对流的方式传热,即原子携带热量和能量,从热的区域转移到冷的区域。

如果你曾经有过在浴缸里洗澡的经历,如果浴缸里的水开始变冷,然后打开热水龙头,你会感觉到热水从龙头流向浴缸的另一端。

然后,热原子会与较冷的原子碰撞,通过传导来传递它们的热量,直到浴缸里的水达到均匀的温度。

但由于太空是真空的,没有液体或气体以对流的方式来把热量从太阳转移到地球。

所以我们可以排除对流。



辐射


热的物体,如太阳,甚至我们自己的身体,都会散发热量。当物质的原子运动和振动时,它们会释放出电磁能量,或“辐射”,这被称为“热辐射”。

电磁能量有一个范围,或者说是光谱,有多种类型——其中一些我们可以看见,彩虹就是‘可见光’。还有一些类型是我们虽然看不到,但它们也是存在的,比如我们的身体辐射的红外线与我们用来做饭的微波能量。



与传导和对流不同,辐射不需要介质来传递热量。

能量以光速从太阳辐射出来,穿越真空到达地球之后,其中一部分被我们的大气所吸收,还有一部分会穿过大气辐射到地表,这当中的一些甚至还会被你的皮肤吸收。



地面吸收了来自太阳的辐射之后,就会变热,继而释放热量,在这个过程中,其中一些热量会通过‘热传导’的方式传递出去——比如夏天沙滩上的热沙会灼伤你的脚,有些热量还会通过风和洋流的‘热对流’进行传递,有些则以辐射的形式进入大气层,甚至到达外太空。

如有相关内容侵权,请于三十日以内联系作者删除

转载还请取得授权,并注意保持完整性和注明出处