温度到底是什么?
其实要了解地球是如何接收太阳热量的问题,我们就得先来看看了解一下:温度到底是什么?
关于这个问题,物理学上有严格的定义,不过,这里我们仅仅需要从微观的视角来看,我们都知道物质都是由原子构成,原子其实并不是整齐地排列在一起。实际上,它们是非常凌乱地到处乱跑。
那这和温度有什么关系呢?
科学家发现,温度的本质上就是微观粒子热运动的剧烈程度。具体是什么意思呢?
同样是到处乱跑,分子也有运动很剧烈和不怎么剧烈的差别。当分子整体运动的特别剧烈时,温度就很高。当分子整体运动的并不是很剧烈时,温度就相对降低。我们用分子的平均动能来描述:
分子的平均动能越大,温度越高;
分子的平均动能越小,温度越低。
太空不是真空,也不是绝对零度
通过上文的讲述,我们了解了温度的本质。但这里要多补充一点,那就是温度要体现出来,需要足够多的分子数,这是建立在大规模统计之上的结果,而不是说几个分子就能够成立的。
平时,我们常说宇宙是真空的,或者宇宙是绝对零度的。实际上这两个说法是错误的。具体是咋回事呢?
这里我们来简单的科普一下,首先,太空确实很空旷,这点确实没有错。我们可以通过宇宙学理论来计算宇宙的平均密度,这个密度的水平大概就是一立方米不到一个氢原子的水平。在地球上的任意一个实验室中都无法做到这个程度的“真空”,但毕竟还是有“原子”,因此,太空并不是真空的。不过,由于微观粒子数量实在太少,因此,太空并不能够很好地显示出温度来。
很多人都以为宇航员如果暴露在太空中会被冻死,通过这段讲述,你应该就会知道,宇航员其实并能够感受到太空的温度,更谈不上冻死,实际上,人如果暴露在太空中,要么憋死,要么体液沸腾而死。
除此之外,太空也不是绝对零度,具体来说,这个温度应该是比绝对零度高2.7度,记为2.7K。这个温度来自于宇宙大爆炸残留下来的“余温”,也被我们称为宇宙微波背景辐射,目前我们可以通过探测器来探测到它。
地球如何接收太阳的热量
了解了上述的情况,我们再来看看地球是如何接收太阳的热量。一般来说,热量的传递分为三种方式分别是:
热传导热辐射热对流
地球接收太阳的热量属于热辐射。
具体来说是这样的,太阳的内核在发生核聚变反应,4个氢原子核通过核聚变反应生成氦-4原子核,同时损失一部分质量,这部分质量以能量形式,或者我们说是以电磁波的形式向外传播。
在这个过程中,太阳每秒要损失420万吨的质量,这部分质量都以能量的形式传递出去的,我们可以通过质能等价公式E=mc^2来计算这个能量的大小,这是一个十分巨大的数字。
为了帮你理解这个数量级差异,就拿钱来做比喻。这相当于太阳每秒钟要向太空扔掉70亿,而被地球接收到的仅仅只有3万左右,而人类真的利用上的只不过3元而已。
这里补充一点,太阳是一个等离子体,因此,产生的光子要跑到太阳表面大概需要14万年的时间。从太阳表面达到地球,整个过程大概需要8分20秒的时间。
太阳产生的光子在经过太阳和地球中间的这段路程时,就像上述所说的,因为太空十分空旷,所以并没有受到什么阻挡,可以直接抵达地球。
由于地球是一个密度巨大的物体,分子数远远高于太空,这些构成地球的分子会吸收来自于太阳的辐射,将其转化为分子的热运动,当分子的热运动变得剧烈,地球的温度也就开始升高了。所以,地球能够接收太阳传递过来的热量,最根本的原因就是地球的密度足够大,构成地球的分子数可以直接把太阳辐射过来的光子接收到,并转化为热运动。