10個太陽掛天上,有多熱?
知識點:地球在太陽的照耀下保持熱平衡的狀態,也就是說,地球得到的熱量與散發出去的熱量是相等的。
小時候,家長大都會給我們講這樣一個故事。說的是古時候,天上有10個太陽。起初,他們就跟咱們輪流做值日似的,非常自覺,排到自己了,就按時到天空上班。那時候,地上的萬物都過得相當滋潤,人類也和諧幸福。可是呢,有一天,這群傢伙突然腦洞大開,覺得一個人上班太寂寞,要10個人開團一起天空嗨一把。
他們倒是玩爽了,地上的生靈們可受不了了。地面頓時被曬得寸草不生,人們也熱得受不了了,跟羊肉串就差一把鹽和孜然的距離了。好,英雄準備出場!大家推舉出箭法最好的后羿,讓他去射掉9個太陽,只留一個。神箭手后羿不辱使命,麻溜地就把9個太陽輕鬆拿下,幫助人們脫離了苦海。
那麼 ,當天空中有10個太陽的時候,氣溫有多高呢?
我們知道,現在的天空中有一個太陽,地球的平均氣溫是27攝氏度。那麼,當天空中有10個太陽的時候,地球的氣溫是不是就是270攝氏度呢?從科學的角度來講,我們應該用黑體輻射理論來估計當天空中有10個太陽的時候的地球氣溫。
地球在太陽的照耀下保持熱平衡的狀態,也就是說,地球得到的熱量與散發出去的熱量是相等的。而散發出去的溫度的4次方與得到的熱量成正比,這叫做「斯特番—波爾茲曼定理」。因此,當有10個太陽的時候,地球得到的熱量與散發的熱量都變成了原來的10倍,而溫度變成了原來的10開4次根號倍(也就是1.7728倍)。
那麼,27攝氏度的平均氣溫,在我們這裡應該換一下單位制。在物理學中,溫度的標準單位不是攝氏度,而是開爾文。攝氏度的來歷是我們老百姓在家裡燒開水,把水燒開了定義為100攝氏度,把水結冰定義為0攝氏度,這是為了人類生活方便才這樣定義。但攝氏度是沒有告訴我們宇宙中最冷的溫度到底是多少,而開爾文可以告訴我們,宇宙中最低的溫度是0開爾文,也就是零下273攝氏度。根據公式:X攝氏度=(X+273)開爾文,將27攝氏度換算成熱力學標準單位是300(就是27+273=300)開爾文,所以當天空中共有10個太陽的時候,地球平均氣溫就是300×1.7728≈532(開爾文),換算回來就是259(532-273=259)攝氏度。也就是說在此時,地球的平均氣溫並不是270攝氏度,而是259攝氏度。
10個太陽的神功,我們會算了。那麼,按照本文講的科學計算方法,讀者應該可以估計出當天空中有3個太陽的時候,地球的平均氣溫了,大家可以動手算一算,然後與劉慈欣的科幻小說《三體》中的描述對比一下。
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