太阳那么热,为何太空那么冷
2018-07-10
太阳在大多数人眼中是一个蕴含很多光和热的火球,那么你是否知道,太阳光其实在通过太空的时分并没有给太空带来太多的热量,但太阳光抵达地球之后,却会让地球上的生物感到非常温暖。本文为你揭示其中的奥秘。
太空是有温度的
前不久,美国媒体刊文《太阳那么热,为何太空那么冷?》,作者利奇·菲尔德在文中称,你是否知道,太阳光其实在通过太空的时候并没有给太空带来太多的热量,但太阳光抵达地球之后,却会让地球上的生物感到非常温暖。
值得注意的是,虽然太阳光没有给太空带来太多热量,但是太空还是有温度的。严格意义上讲,温度衡量的是原子和分子的运动速度。一件物体有温度,是因为构成它的原子和分子在加速运动,这个过程中产生了热度。
太空中的物体只要是由原子和分子构成的,例如行星、恒星、尘云、宇宙飞船和航天员,都是有温度的。而太空本身没有温度,是因为它并不是由原子和分子构成的——这个说法也不够准确,即便是“空空如也”的太空中,其实也有原子存在,只是不太多。
在远离恒星和行星的宇宙空间中,有着非常稀薄的气体,大约一茶匙空间中就会有一个原子。不过这个数值,与地球大气层中每一茶匙空气中有超过10的20次方个分子的数量值相比,几乎可以等同于无。
但太空中因为有这样微量的原子——也可以说是有这种非常稀薄的气体,所以也是有温度的:大概是“绝对零度”是以上3℃。“绝对零度”是目前已知的最冷温度,它只存在于分子和原子完全停止运动时。
因此,利奇·菲尔德在文中说:若要学究式地适当表达问题,事实上“太空太冷”的说法应该这样说:“太空中的气体为何是冷的?”回答则是:“因为太空太大了。”
太阳光为何没有使太空暖起来
首要,太空区域非常宽广,被太阳光照耀到的当地才会有少许温度,而没有被太阳光照耀的当地温度极低。可是能被太阳光照耀到的区域只是偌大太空中很小的一部分。太空如此宽广,太阳光照耀时所开释出的能量瞬间就被分散了。大环境来一起共享一丁点热量,就好比是把一勺热水倒入一盆冰水之中,热水所能起到的效果微乎其微。同理,太陽光在通过太空时能给太空带来的升温效应也是非常有限。
太空有多大呢?两颗恒星之间的距离动辄就得用“光年”来计算,比如一位宇航员如果飘浮在太阳与离它最近的恒星比邻星中间,那么他距这两颗恒星都约有2.1光年的距离。一个人能从一颗距其2.1光年的恒星那里得到多少热量呢?其实不多!经过一番计算,我们目前得到的数字是0.000000076瓦。
此外,我们知道热传递主要有三种方式:热传导、对流和辐射。前面的两种都需要介质,即固体和流体,而对流的介质是流体。在太空中,因为物质稀少,彼此之间的距离也足够远,热传递基本上只靠辐射,即电磁波传导的热辐射。而太阳辐射主要就是通过电磁波与粒子流。
其次,太空上没有大气层。大气层除了能对世界辐射起到必定的抵御效果,还具有很强的保温成效。具有大气层的星球,例如地球,太阳光照耀地球上所开释出的能量,除了有一部分被耗费和使用之外,其他一部分会被储存在大气层中,而储存的能量可以被带往全球各个区域。所以当我们在太阳下被阳光直射,只会感觉到暖暖的;如果一个人在月球上,当月球到达最近日点,月球表面温度甚至可达到127℃,就只能靠宇航服保护了。
同理,由于大气层具有必定的保温效果,即便接连几日没有接收到太阳光带来的热量,地球的温度也不会太低。从本质上来看,太空是一个空间,而地球是一个星球。太空所触及的规模非常宽广,空间一般也不具有大气层。比较于太空,地球所包括的规模非常细小。此外,地球还具有保温效果的大气层,这两点便是太阳光的抵达并没有使太空温暖起来的主要原因。
在太空中不穿太空衣会怎样
上文提到宇航服,就有一个很有趣的地方:宇航服除了保护身体不暴露在真空中被辐射污染,还要保护不被太阳烤焦,同时也要保护宇航员不会被冻僵。只是到底什么时候可能会被烤焦,什么时候可能被冻僵呢?
这又回到了太空很“冷”的问题上。在太空中,一旦离开像太阳一样的恒星的热辐射范围,人体本身就成了一个热辐射源——人体热量会立刻通过太空中的射线向外辐射,人体自然就会很快被冻僵甚至冻成冰块。而在地球上,之所以我们就算走到没有太阳直射的阴影处,身体依然能保留大部分热量,那是因为我们周围有空气,大气层中会存有大量的热量,让我们始终都处于一种“热浴”中。
而人类如果在太空中不穿太空衣,真实的结果可能比预想还要悲剧。海外媒体曾为此制作了一段视频来阐述他们认为的观点:
1.真空的环境会首先将人类身体中的空气“抽”出来。所以,如果肺部有空气,肺部就会首先爆裂;
2.身体中包括血管中的氧气都会继续膨胀,直到将身体膨胀到平时的2倍大。只不过由于皮肤极富弹性,人类的身体可能不会立刻爆炸;
3.任何暴露在外、直接接触太空稀薄空气的身体部分中的水分都会被蒸发。舌头和皮肤表面会像被煮沸一样,从起泡到破裂;
4.因为肺部已经没有任何空气,血液将停止将氧气输送给大脑,人会在15秒内就处于昏迷状态,90秒内就会因为窒息而死亡;
5.因为太空中非常冷,人的身体会很快被冻成冰棍;
(参考消息网2017.11.14、《广州日报》2017.11.17 那拉/文等)