太阳表面温度超过5500度,地球晒热了,为何太空是冰冷的?
寒冷的冬天来了,凉飕飕的寒风吹在脸上,有点像刀刮得疼,如果你骑个电动车在寒风中,我想,你一定十分怀念夏天的热浪。
其实,地球之所以有一年四季之分,主要是因为地球围绕太阳公转,公转影响了地球表面,不同区域获得能量的强度大小和时间长短。
太阳是地球表面热量的来源,而且太阳仅分给了地球总能量的22亿分之一,相当于100亿亿度电的能量,那么太阳能量怎么产生的?
关于太阳
地球人眼中的太阳表面十分平静,每天周而复始的,为人类提供热量和光照,而实际上,太阳内部的狂热超过了你的想象。
其实,太阳和地球一样,也是分层的,由内及外,分别为核心区、辐射区、对流区、光球区、色球区、日冕区,其中光球区以内,统称为太阳内部,以外称为太阳大气。
核心区是太阳最重要的区域,太阳的光和热都是来自于核心区的核聚变反应,内部燃料氢通过氢原子核(质子)的核聚变反应生成氦-4氦,并释放大量能量。
核心区每秒钟有6亿吨氢发生核聚变反应,从而让太阳核心区温度高达1500万摄氏度,不过,我们也不要担心太阳会把燃料燃烧完,科学推测,根据目前太阳大小和成分预估,太阳至少还有50亿年的寿命。
太阳内部的核心区、辐射区、对流区,人类通过肉眼是看不到的,人类能够看到的是太阳的光球层,事实上,我们看到的太阳,是太阳对流层上面的大气,那是一层不透明的气体“薄层”,不过,这里的“薄”是相对于太阳大小来说,其厚度是超过500千米的。
而且,光球层的温度比核心区低太多,只有5500摄氏度,而且这是平均温度,还有一个温度更低的地方,只有4200摄氏度,也就是人类常说的太阳黑子。
人类眼中的太阳,是一个白色或黄白色的球体,实际上,太阳是一个“蓝绿色”恒星,因为太阳光的峰值波长为500纳米,正好介于光谱中的绿色和蓝色中间区域颜色,所以我们看到的是黄色或者黄白色。
太阳那么热,为什么太空是冰冷的?
既然太阳能够释放这么多能量,地球仅分享了太阳能量的22亿分之一,就如此暖和,为什么太空中温度,却低达零下270摄氏度,太阳的热和太空冷怎么会形成如此大的反差?
前面已经介绍了,太阳温度很高,表面温度达到5500摄氏度,而且太阳能量也释放出来了,为什么太空温度仍然很低。
解释这个原因之前,先了解下温度,初中物理课本告诉我们温度的定义,宏观上,温度是表征物体冷热程度的物理量,微观上来讲,温度是物体分子热运动的剧烈程度。
我们取名太空,那太空的“空”字告诉我们,太空中的粒子少得可怜,举个例子:一勺空间(1立方厘米)太空仅有一个原子,然而地球上一勺空间包含1000亿个空气分子。
一个原子,在空间中就算再剧烈距离运动,也不会有多大能量,所以稀薄的太空温度仅有3K(-270℃)左右,要知道0K(-273℃)粒子就停止运动了。
月球裸睡,地球有棉被
在月球上,白天温度高达120摄氏度,晚上温度零下170摄氏度,昼夜温差达到300摄氏度,而且月球离地球距离最近,单位面积接收的太阳辐射能量,在理论上应该是差不多的,但温度与地球却是天壤之别。
这也就解释了太空冷的原因,简单来说,就是月球表面没有大气层,相当于直接裸睡在太空中,白天,月球表面能够吸收太阳辐射能,温度很快上升到100摄氏度以上,而到晚上,月球表面接收不到太阳光,因此温度很快就降下来了。
而地球就不一样了,地球有大气层,我们可以形象地称其为“棉被”,这个棉被均匀地包裹着整个地球,地球就像处于温室中一样,白天太阳光照耀在大气层上,大气层反射了一部分太阳光,地球温度不会过高,另一部分太阳光以短波形式穿过大气层,让地表温度增加,晚上,地球表面向外辐射能量,地表温度不高,主要是以长波为主,而这些长波无法穿过大气层,因此地表温度不会损失太多,这就是地球棉被的作用。
假如太阳立刻消失,地球能撑几秒
假设,春天的早上,地球表面温度为15℃,年轻人正在努力工作,孩子们在操场上玩,此时,后羿突然出来,把最后一颗太阳射下来了,那接下来地球会发生什么呢?
那天空立马会由阳光明媚的白天变为漆黑的夜晚,没了阳光的照耀,地表开始慢慢下降,不过地球有棉保暖。
在太阳消失12个小时后,地表平均温度(不是大气温度)下降到14.3℃,这时候人类还是能够应付没有阳光的日子,这主要得益于地球大气层的保温作用,以及海洋也储存了一些能量。
太阳消失48小时后,地表平均温度下降到14℃,陆地已经基本上变成冰天雪地。
加州理工学院任职行星科学教授David Stevenson表示,失去太阳后的一周,地表平均温度将会达到了-17.8℃,一年后温度将会继续下降,地表温度将达到-73.33℃,此时,整个地球表面全部被冰雪覆盖,在这么低的温度下,地球上几乎没有任何一个生物可以抵抗。
不过,由于海洋表面被冻住形成一个隔绝冷气的冰层,在海洋千米以下的深水区不会冻结。
因此,经历百万年以后,地球将最终达到一个相对稳定的-240℃。
写在最后
太阳照射的地方,并不是因为太阳光的温度高,而是太阳光让周围粒子运动加剧,让温度上升,地球表面分布大量粒子,而遥远的太空物质密度很低,所以整个太空温度很低。