为什么我们看到太阳会觉得温暖?

这是个很有趣的问题,但要分成两方面来解释。

我们都知道,太阳是恒星,由于内部强烈而持续的核聚变,它会发光。光本身并没有温度,我们觉得太阳温暖是因为阳光照射到物体产生热,从而给我们以温暖的感觉。

阳光辐射物体产生热

并不是所有的光都能让我们感觉到温暖。你可能会说星光和月光太弱,但即便是日光灯很亮,你靠得很近,也不会有多少温暖的感觉。这到底是为什么呢?

太阳发出的电磁波覆盖了整个光谱,包括伽马射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波以及长波。每一个光子都携带着不同的能量,这取决于它们的频率和波长。当光子遭遇物质阻挡时,会出现以下三种情况:

一、视若无物,直接穿过,因为相对于光子的频率,物质原子间的空隙实在是太大;

二、光子会与原子壳层的电子相撞,将能量传递给电子(光子被吸收),电子获得能量后跃迁到更高能级然后又掉回来,同时向外释放一个光子;

三、光子被原子吸收,使原子发生更剧烈的振动(这些原子本身就一直处于振动状态),这时候我们说光子与原子产生了“共鸣”。

在第一种情况下,光子与物质之间并没有交集,它不会加热物质;而第二种情形会使我们看见这个世界,因为光子被物质反射和散射;只有当光子与物质产生共鸣时,我们才会感觉到热,而这取决于光的频率以及物质原子的性质。

光子可以加热我们的身体

对于我们人体以及地面上大多数物质而言,太阳发射的长波可见光、红外光以及毫米波更容易产生共振。当这些光照射到我们身体时,原子吸收光子产生振动,从而撞击周围的原子、带动整个分子和附近的分子都振动起来,于是我们觉得热。

分子振动加剧使我们温暖

相比之下,蓝色、紫色等高频率光不容易使我们身体的原子产生共振,于是我们认为它是“冷光”。

你也许注意到了,我将“冷光”打上了双引号,因为光本身并没有冷热之分,只因为它们携带的能量不同而表现出不同的频率(或波长)。

当我们点燃木头或煤炭,它们会在燃烧的同时发出橘红色或黄色的光芒,光辐射使我们发热,于是我们感觉红光和黄光是温暖的,实际上火焰中的红外线对温暖我们的身体起到主要作用,只是我们看不见它。

阳光的颜色与火焰近似

在地球大气层顶部的阳光中含有约40%的可见光、10%的紫外光和大约一半的红外线。由于地球大气层吸收了77%的高频紫外光,所以在正午的阳光里会有3%的低频紫外光、44%可见光以及约53%的红外线。太阳令我们感到温暖,它在一天的大多数时间里偏向黄色,而在早晨与黄昏时,由于大气层的瑞利散射太阳看起来是橘红甚至红色,于是我们心理上将红色到白色之间的颜色定义为暖色调。即使你看到太阳或者火的图片,心里也会觉得那是温暖的。

阳光中含有近一半红外线

事实上,更热的光源发出更“冷”的光。

摄影爱好者对“色温”这个概念并不陌生,蓝光的色温很高,因为温度超过10000K(温度单位:开尔文)的光源会发射出蓝色的光子;太阳光在大气层之外的色温是5900K,当太阳处于地平线附近时,它的色温大约只有1850K;而当我们点燃一堆篝火,它的色温大约是1700K,但其中含有更多能使我们发热的红外线。于是我们认为色温高的蓝色是冷色,而色温低的红色是暖色。

低色温对应暖光

我们看到太阳,感觉到温暖,因为阳光照射到我们身体时会产生热能,这给我们留下温暖的记忆;阳光在大多数情况下看起来更偏向于红色,这与火焰的颜色相似,我们在心理上会认同太阳是温暖的,即便是你在手机上看到太阳的图片,也一样会有温暖的感觉。

阳光温暖是一种心理认同

与之相反,那些白色或蓝色的发光体,即便它们的光芒更强烈,由于不能使我们的身体发热,我们也会将其归为冷光。