既然地球與太陽之間的宇宙空間很冷,為什麼處在其間的物體很熱?
冬天嚴寒,人們更加渴望溫暖。小編自尋多情,也對有關太空溫度問題興緻陡增。
據資料,地球大氣層外部的最高溫度1000℃,最低200℃,那麼小編的弱弱問題是,地球沿著軌道走遠了,原先的位置空間還有餘溫嗎?
好吧,把我們的目光投向宇宙,帶著疑問尋找答案。
1。經典熱力學如是回答
溫度是表示物體冷熱程度的物理量。物體冷熱程度實質就是物體分子熱運動的劇烈程度。微觀上來講(從分子運動論觀點看),溫度是物體大量運動分子平均動能大小的標誌。
溫度是大量分子熱運動的集體表現,含有統計意義。對於個別分子來說,溫度是沒有意義的。
既然從地球與太陽之間1.5億KM距離相對應的空間接近真空,沒有大量物體分子、原子存在,儘管有太陽的電磁波、粒子流,可是,不是經典熱力學研究的對象,對某一區間的溫度無法回答,因為這樣的空間不存在溫度概念。
所以,地球沿著軌道走遠了,原先的位置空間沒有餘溫。
可是問題來了,地球距離太陽1.5億KM,既然該空間不存在溫度,那麼地球大氣層的表面為什麼有那麼高的溫度呢? 而且溫度會發生變化?
回答問題之前,首先明晰兩個概念。前者是太空空間的溫度,後者是真空環境溫度。這是不同的兩個溫度概念。
2。真空環境溫度
(1)太陽熱輻射——是真空中唯一的熱傳遞方式。
物體由於具有溫度而輻射電磁波的現象,稱為熱輻射,也稱為光反射。一切溫度高於絕對零度的物體都能夠發生。
電磁波的傳播不需要任何媒質,熱輻射是真空中唯一的熱傳遞方式。太陽傳遞給地球的熱能就是以熱輻射的方式經過宇宙空間而來。
(2)地球的真空環境溫度是一個變數
地球在吸收來自太陽輻射來的能量的同時,還向外界輻射能量。如果地球輻射出去的能量恰好等於在同一時間內所吸收的能量,則輻射過程達到平衡,稱為平衡輻射,此時地球大氣層外表具有相對固定的溫度。
通過火箭或者在宇航船上通過對地球輻射光譜的記錄、分析,就能夠確定地球大氣層或者地表的溫度。這樣的溫度就叫做地球的真空環境溫度。
地球的真空環境溫度是一個變數,與太陽的距離、輻射強度、角度,與吸收地表的位置等屬性等有關係。
到此,上面的問題有了答案,地球大氣層的溫度是有變化範圍的。
同理推得:處在地球、太陽之間空間的物體都有真空環境溫度,不僅如此,太陽輻射場的一切物體都能夠吸收太陽的輻射熱。
3。溫度概念與時俱進
小編熱衷探討,偶然閃現一個疑問,溫度通常伴隨分子的概念,可是描述太陽核聚變表面的溫度(離子氣體)6000攝氏度,表明溫度這一概念研究的對象是核(離子)了。於是小編感到疑惑。
用了好幾天的時間終於補上了課。
溫度概念的本質是表示物體冷熱程度的物理量。科學家對溫度的認識是逐步加深的,從微觀上研究的對象起初是構成物質的分子,以後深入到離子、電磁波等。
再一查,更是吃驚,北大的教材把溫度如此定義:
一般把溫度定義為與之接觸的熱庫的溫度。有時還會考慮更複雜的情形,就是同時與多個熱庫接觸,甚至還有「粒子庫」,「信息庫」等等。
真是新銳來襲。仔細一想,很對,科學是發展的,符合認知規律。
4。真空不空,宇宙有溫度
地球、太陽之間的空間當然存在電磁波!太陽輻射電磁波是其一。所謂波粒二象性只是粒子的行為方式像波,其實粒子還是粒子,只是按波函數的概率分布而已。
新的問題又來了。
地球大氣層外部的空間有氣體粒子、又有電磁波離子,如何理解這種複雜環境下的溫度意義呢?
一位網友這樣總結:
對真空內溫度的定義應該說有兩種,一種是真空度不高的時候,內部還有氣體粒子,且氣體粒子數目較大時,可以用熱力統計學溫度來表示其溫度,不考慮其內部的電磁輻射特徵。另一種是真空度很高的時候,離子數目過少統計學溫度已喪失統計學意義,可以用其內部存在的電磁輻射特徵溫度作為其溫度的標示。
那麼,真空電磁輻射特徵溫度是什麼呢?指的就是「微波背景輻射」。
阿諾·彭齊亞斯
阿爾諾·艾倫·彭齊亞斯,德國出生的美國射電天文學家,猶太人,1964年與羅伯特·威爾遜一起發現了微波背景輻射,並因此獲得1978年諾貝爾物理學獎。
宇宙背景輻射的發現在近代天文學上具有非常重要的意義,它給了大爆炸理論一個有力的證據。
「微波背景輻射」的內容:
宇宙中星際空間接近真空,分子、原子極少,但是整個宇宙充滿了大爆炸後留下的遺迹一一電磁輻射,該種電磁輻射的特徵譜和絕對溫標 2.725K 的黑體輻射相同,因此也就稱「宇宙微波背景輻射的溫度是 2.7K (約零下270℃)」。
於是,有網友結論,地球到太陽的空間的溫度是 2.7K (約零下270℃)。
可是,該結論遭到另外網友們的反對。反對的理由是:
「微波背景輻射」研究的對象是整個大宇宙,而且是離開恆星動輒幾十、幾百光年的距離;地球、月球離開太陽並不太遙遠,還不到1.5億公里,也就是光線走8分鐘的路程,該空間不適合與「微波背景輻射」結論!
看來,「地球到太陽的空間有溫度」已經形成共識,至於溫度數值變化規律還存在爭論。
還有的網友說,爭論什麼?讓專家一槌定音不就得了。可是,該答案專家也在探究之中。
5。站在太空的某一點,能夠看到太陽照到地球的可見光「光路」嗎?
先看幾張真實的太空照片。
結論:人站在太空的某一點,看不到太陽照到地球的可見光「光路」;看到的是火紅的太陽、藍白相間(白色是雲的顏色,藍色是海洋的顏色)的地球;背景是黑色。
分析原因:太陽是光源,發出的光四面八方,正是有光線進入眼睛,所以看得見太陽;地球反射的太陽光線進入眼睛,所以看得見地球。
由於太陽射向地球的光線沿著直線傳播,而且太空中也沒有反射光線的小顆粒等雜物,那些射向地球的光線不會改變方向進入眼睛,所以,人眼看不到「光路」。
「光路」形成原因:太陽照射地球上的光線被空氣中的塵埃顆粒反射,反射光線進入人眼,所以從側面能夠看到明亮的光線。
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