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太阳表面温度5500度,为何日地间的太空是冰冷的?

宇宙中存在众多天体,但只有恒星可以发光发热,因而它们理所当然地成为了宇宙中的热源。

太阳系中,太阳是唯一的热源,我们之所以会有“热”的概念,也正是因为太阳的“无私”加热。

不过,太阳的加热方式有点奇怪,它似乎可以“隔空加热”,地球被晒的暖暖的,太空却是冷冰冰的。

上一组更直观的数据:太阳表明温度约为5500℃,地球表面平均温度约为15℃,而太空中只有-270.45°C。

当然,地球能维持现在的温度也离不开大气层的保温作用,但即使没有大气层,地球只会更热(白天)。

地球在距离太阳1.5亿公里的情况下就能变热,为什么地日之间离太阳更近的太空却那么冷呢?

太阳的发热方式

我们常常将太阳比喻成一个燃烧的大火球,可事实上太阳并没有燃烧,而是在不断进行核聚变反应。

太阳的主要成分是氢和氦,氢占了四分之三,剩下的大多是氦,其他元素如氧、碳等只占不到2%。

牛顿万有引力指出,物体之间的引力与其质量成正比,因此质量巨大的太阳拥有太阳系中最强的引力。

众多大小天体都在太阳引力的束缚下运行,而其本身的氢和氦也被强烈的向内部吸引,造成了核心高温高压的环境。

在这种环境下,原子的原子核会与核外电子分开,较轻的氦原子核会发生碰撞融合成较重的氦原子核。

恒星的核聚变反应有多种,太阳核心中主要进行的是质子-质子链反应,或者称为pp链反应。

在这个反应中,4个自由的氦原子核融合成了氦原子核,损失的质量会以能量(辐射)的形式被释放。

太阳中每秒钟大约进行9.2×10^37次pp反应,3.7×10^38个氢原子核变成氦原子核,释放出3.846×10^26瓦特能量。

为什么太空这么冷

太阳以辐射的形式向外释放能量,辐射的传播不需要介质,因此它可以在真空中以光速传播。

如果太阳辐射碰到“介质”了会怎么样?很明显,“介质”会将太阳辐射的一部分能量吸收掉。

吸收了太阳辐射能量的物体其内部分子的运动会变得剧烈,当分子运动加剧时,物体的温度也就上升了。

太阳光照射地球就属于这种情况,因为地球大气层中含有无数微粒,地球表面更是物质繁多。

(其实我们对温度的感知主要来自于空气,气温一升高,我们就感觉到热,反之则感觉到冷)

而太空中基本是真空环境,没有多少微粒可以吸收太阳辐射的能量,自然就没有温度的变化了。

太阳是唯一的热源,如果不能吸收太阳辐射能量的话,就无法获得初始的热量,更不用说后续的热传递了。

即使太空中存在少量微粒,它们也无法为太空的温度升高有多大贡献,因为它们是“各热各的”,毫不相干。

在地球大气层中,一个吸收了能量的“高温”分子会碰撞周围的“低温”分子,将热量传递下去,这称之为传导。

但太空中几乎没有压强,各个微粒相隔甚远,一个受热的分子很难碰撞到另一个不太热的分子。

另外,除了辐射和传导之外的第三种热传递方法――对流,在太空中也行不通,因为没有重力,温度不同的分子不会发生位置交换。

在太空会被冻僵吗?

有人会认为,太空中比地球上任何地方都冷,人要是到了那里肯定会立刻被冻僵,但事实并非如此。

人之所以会被冻僵是因为身体的热量全部散失,热量的散失本质是热量的传递,从人的身上传递到周围。

上面说了,热传递有辐射、传导、对流三种方式,在太空中只有辐射是可行的,单一的散热方式就意味着人体热量散失的速度会降低。

如果身处在无法被太阳照射到的位置,一个人被冻僵的时间可能是8-12个小时,具体时间因人而异。

在这个假设中我们并没有考虑氧气和低压,显然,要真到了太空,它们对于我们而言才是最致命的。

不过,要是运气好能“蹭”点阳光人是不会被冻僵的,这时候人体的温度大约是10°C(当在靠近地球大气层的外太空)。

但不要直接面对太阳,因为在直射情况下,它能把一切物体加热到120°C,那个时候人铁定要被烤熟。

最后

由于太空的特殊环境,人类在太空中所使用的设备都必须考虑到极端的温度变化,比如既要保证它不会被太阳辐射灼烧,又要保证零件能在合适的温度下正常工作。

宇航服也是同样的道理,它最基本的一个功能就类似于“空调”:在太阳照射时保持凉爽,反之则保持温暖。