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为什么海拔越高反而温度越低,不是离太阳更近吗?

越靠近热源温度就越高,这似乎是一个人人皆知的生活常识,炉火旁的取暖就是在无形中应用这个常识。

那这真的是放之四海而皆准的道理吗?好像并不是,最明显的反例就是对流层中海拔与温度的关系。

在对流层中,海拔越高的地方温度却更低。平均而言,在夏季,海拔每升高100米,气温就下降约0.6度。

明明越高的地方更靠近热源――太阳为什么温度反而没有离太阳更远的平原地带高呢?这是什么原因呢?

太阳的加热方式

在太阳系中,包括地球在内的许多星球都是依靠太阳来获取热量的,它可以说是最重要的热源了。

我们平日里接触到的热源主要通过两种方式产热,一是燃烧,二是通电,比如火炉和电磁炉。

而太阳的产热方式不属于两种中的任何一种,虽然它看起来像是在燃烧,但实际上那是核反应的结果。

太阳的内核中每时每刻都发生着强烈的核聚变反应,伴随着这种反应,太阳向宇宙释放出巨大的能量。

由于太阳并不是在燃烧,所以它不像火焰那样以热能的方式传播能量,而是通过电磁辐射或叫太阳辐射。

太阳辐射包括可见光、红外线、紫外线和X射线,它们都有一个重要的特性,那就是能在真空中传播。

如果换做其他形式的能量就做不到这一点,比如声能、热能等必须依靠物理介质才能顺利传播。

到达地球的太阳辐射有一部分会被大气层和云层反射回太空,大约有一半的辐射能最终被地面物体吸收。

吸收了太阳辐射的地面温度会升高,同时,它还会向上反射辐射,这种辐射也被称为地面辐射。

在地面辐射的作用下,空气自下而上地被加热,现在地面升温了,空气也升温了,这就是太阳加热地球的方式。

空气被地面辐射自下而上地加热也能说明为什么海拔低的地方比海拔高的地方更暖和,但这不是全部的原因。

大气压强的作用

我们回到温度的概念,什么是温度?宏观上讲它是用来表征物体的冷热程度的,而其微观本质是粒子的运动剧烈程度。

在我们所讨论的问题“为什么海拔越高反而温度越低”中,温度就是指空气的温度,也就是空气分子运动的剧烈程度。

空气虽然看不见摸不着,但它的确是有重量的,如何描述空气的重量呢?大家都知道有个词叫大气压。

大气压的本质就是空气的重量,它加压于地球上的每个物体,而且,海拔越低的地方压力更大。

这个很好理解,就跟潜水一样,当我们潜得越深越接近海底时,所受到的水压也就越来越大。

对于地面附近的空气而言,它所受到的压力要远大于更高海拔处的空气受到的压力,因此它被压缩的更厉害。

被压缩的空气密度更大,更容易发生碰撞,而碰撞可以产生热量,这样一来,它就能产生更多的热量了。

同理,海拔高的地方气压较小,分子之间也比较疏散,碰撞的频率较小,因而不会有太多热量产生。

这就是海拔越高温度越低的主要原因,可以这样理解,作为导热性不怎么好的空气,温度差更多是自身原因导致的,外部因素(地面辐射)只占一小部分。

离太阳真没近多少

其实,在“海拔越高温度反而越低”这个问题中,我们所能选取的最高高度在地日距离面前依旧是微不足道的。

地球与太阳之间的距离约为1.5亿公里,而对流层的厚度只有十几公里,对于太阳来说这点距离还是太短了。

所以,理论上讲海拔越高确实离太阳更近,但在实际情况中,不管海拔高低,跟太阳的距离几乎不变。

如果在高度上再增加几个数量级,那么跟太阳的距离就能切肤地感到变近了,那才是真正的“离太阳更近”。

但在那个距离尺度上我们也就没有讨论冷热的必要了,而且称海拔两万公里或海拔两百万公里或海拔1亿公里岂不是很奇怪?

最后

海拔高低与离太阳远近其实在实际意义中没多大关系,前者就像是微观中的距离,后者则像宏观中的距离。

将这两者分清后,再来看海拔高低与温度高低的关系就容易多了,因为没有固有的认知中的热源来干扰了。

顺便说一下一个相关的问题,为什么太空中很冷?

上面说了太阳辐射必须要与物体“撞击”才能达到加热效果,而太空中基本是真空环境,没多少粒子。

所以,太阳辐射基本不会在这里“留下”多少热量,而是径直奔向地球、月球之类的“实物”。