为什么太阳光到达地球能感觉到光和热,而宇宙却是黑暗和寒冷的?

众所周知,地球适于人类居住的很大一部分原因就是由于自身合适的温度,而其来源主要是离地球大约1.5亿公里外的太阳。

按理说宇宙间的太空离太阳更近,那应该是更热才对,但是经过科学家们观测,得出宇宙的背景辐射温度竟然低到了零下270摄氏度,离绝对零度-273.15摄氏度仅仅差3.15摄氏度,这究竟是怎么回事?

先来认识一下温度的本质。

从宏观角度上来看,温度就是人体对冷和热的感知,而是从微观角度来说,温度是用来表示物体微观粒子的运动剧烈程度,一句话来说温度指的就是分子的热运动。

如果当它们的热运动越来越剧烈的时候,物体的温度也会随之变得越来越高,反之温度则越来越低。

但是如果当分子的运动完全停止的时候,那么物体的温度也就达到了极限,这就是我们说的绝对零度。

但实际上完全静止的分子是不可能存在的,分子一直都在做无规则的运动,也就是说分子一直都是处于运动状态的,所以我们可以认为绝对零度只是一个理论的下限值,可以说它与光速一样,只能无限接近,但是却无法到达。

明白了温度变化的本质,那么就应该明白温度要想能够体现出来是需要载体的。不管是各种物体还是各种粒子,它们本身都可以算作是能量的载体。

只有大量粒子的存在才能够让空间的温度不断提升,相反,如果一个空间中粒子分布非常少,那么分子的热运动自然也就非常微弱,温度也就会变得非常低。

热传递的方式有哪些?

一般来说热传递的方式有三个,分别是热传导、热对流和辐射。

首先是热传导,打个比方说,如果我们人体触碰到冰冷物体就会感觉冷,这就是人体热量传导给了物体;

而对流则是靠介质的流动来传递热量的,比如我们人体的热量就是因为空气的存在而产生流动,进而加速人体表面体液蒸发来感觉到寒冷;

热辐射则是不需要介质传播的,直接就可以传递热量的,只要高于绝对零度的物体都会向外界辐射热量。

由于地球和太阳之间并没有直接的接触,因此太阳是不可能直接将热量传递给地球的,而且在这之间也没有介质能够连接太阳和地球之间来促进热流,因此对流也是不可能的,那么现在只有辐射是通过空间传递热量的唯一途径。

没有介质太阳光究竟是怎样传递给地球的?

虽然太阳和地球之间并没有什么其他的物质,但是太阳向地球传递热量的方式可以是辐射。

电磁辐射是以光子为载体,它带着能量到了地球之后,首先就是与大气分子进行交换,使这些粒子运动而产生热量,体现出来的就是我们人体所感知到的温度。

我们可以看出在温度的表现方面大气层占据着非常重要的角色,大气层作为载体允许太阳光子进来,而这些光子才能够通过大气层进入到达地球地面,当夜晚降临的时候,地面吸收的热量又会反射出来被大气层部分吸收与反射,毫不夸张的说,大气层在整个温度变化过程中起着承前启后的重要作用!

至于我们人类为什么能看见光,这其实是因为光也是一种电磁波,在真空环境下它是不会损失能量的,直到达到地球,到达你的身上。

一部分可见光波段光子会通过直射或反射到你的眼睛中,而眼中的感光细胞就会受到这些光子的刺激,从而反馈到你的大脑,经过处理后就是我们现如今看到的多彩绚丽的世界。

其中更多的光子会以不同波段的电磁波的形式,就比如红外波段来带给你能量,而且在真空中是没有什么物质会去吸收光子的能量,那么剩余的光子能量就会被我们人体吸收,这样我们才能感知到温度的上升。

为什么太空那么黑暗和寒冷?

之前我们已经说了温度的实质就是因为粒子运动的剧烈程度,而太空是一个无限接近真空的环境,在这个空间中粒子是非常少的。

并且根据科学家们的研究发现在星际空间里,每立方厘米的空间仅仅只有约0.26个原子,但是在地球的海平面上,每立方厘米的空气就大约有5.37x10^19个原子,这两个对比是明显的差距!

因此我们可以称太空为真空,也正是由于在太空中各种高能粒子的分布过于稀少,没有足够多的粒子来进行热运动,所以当太阳的光子辐射从太阳出发向整个太阳系辐射的过程中,也就无法将温度呈现出来,自然,太空的温度也就非常低了。

总的来说,地球上温度远高于太空温度的原因其实就是光子受到激发从而获得能量传递给了空气和人体,因此气体分子和人体分子动能会增加,致使空气和体感温度上升。

但是太空中量子的体积非常细小,再加上光子与空间量子碰撞的概率很低,两者的能量也是相差近千倍,因此光子与空间量子因碰撞而产生的能量转化率是非常低的,进而使量子空间吸收光能的概率远远低于空气和我们人体吸收光能的概率。

至于为什么太空那么黑暗?

其实这也和我们之前谈到的气体分子密度有着非常大的关系,我们在地球看到太阳光是因为有光线照射或者反射到我们的眼中,因此这足以看出只要我们有光源或者是能够反射光线物体。

这也进一步说明了只要光源有着足够强大的能量,那么反射也就会越强烈,我们看到的物体就会越明亮,但是在太空空间中几乎没有任何物质。

因此光线传播也就不会被反射或散射,而我们也只能看到面对你方向来的光线,所以我们看到的宇宙大多也都是非常黑暗的。