对于生活在地球上的我们来说,太阳是一切生命活动的能量之源,我们的世界因它而充满活力。



太阳的表层温度高达6000摄氏度,核心更是高达1500万摄氏度的炽热。太阳与地球相隔1.5亿公里的星际空间,虽然距离遥远,但地球在太阳光照下依然温暖如春,这不仅归功于太阳的能量,也得益于地球大气和磁场的呵护。究其根本,还是因为太阳的光照。

但你曾否思考过,为何能温暖地球的太阳,在其间的宇宙空间却无比寒冷,几乎触及绝对零度?

首先,我们需要了解太阳是如何发放能量以及它能释放多少能量。



太阳在整个太阳系中的重要性毋庸置疑,太阳的质量占太阳系总质量的99.86%!其巨大的质量带来了强大的引力,使得太阳物质持续向中心塌缩,导致核心温度和压力持续升高。当压力和温度达到一定程度时,核聚变便会发生。



太阳核心的物质形态并不是气态、液态或固态,而是物质的第四态——等离子体。尽管太阳核心的温度高达1500万度,但这还不足以引起核聚变,理论上,至少需要一亿度的高温。

然而,太阳实际上一直在进行核聚变,这是为什么呢?

这得益于量子力学中的量子隧穿效应:在极短的时间内,尽管粒子能量不足,仍有可能获得巨大的能量并发生核聚变。



尽管量子隧穿发生的概率极低,但太阳核心拥有的自由粒子数量巨大,使得小概率事件在整体上变得频繁,因此,通过量子隧穿完成核聚变的粒子数量是相当可观的。

据研究,太阳每秒钟会损失400万吨的氢,依据质能方程,这些质量转化为巨大的能量。



太阳释放的这些巨大能量,扩散到广阔的宇宙空间,但地球所能接收到的只是其中的一小部分。举个例子,如果太阳在单位时间内释放的能量为70万亿焦耳,那地球接收到的只有3万焦耳,人类可利用的能量更是微乎其微,仅有3焦耳。

由此可见,太阳释放的巨大能量足以温暖远在1.5亿公里外的地球。那么,为何地球与太阳之间的宇宙空间如此寒冷呢?

这涉及到温度的本质。

温度,在我们的日常生活中意味着冷热的感知。而在物理学中,温度则是微观粒子热运动剧烈程度的度量。

任何物体都由微观粒子组成,它们永不停息地运动。运动越剧烈,温度越高;反之,温度则越低。



然而,这涉及到统计学的概念。我们所说的温度并非基于单个粒子的运动,因为单个粒子的运动具有随机性。我们所描述的是大量粒子的热运动,并用微观粒子的平均动能来表示温度的高低。

而太空,我们都知道,几乎是真空状态,微观粒子的密度极低。据研究,一立方米的太空中,氢原子的数量还不到一个。如此低的粒子密度使得微观粒子的热运动几乎无法察觉,温度自然极低。

当太阳的热辐射穿越地球与太阳之间的太空时,这些光子几乎不可能被如此稀疏的粒子捕获,无法捕获太阳光子,温度自然无法上升。



换句话说,必须有物质吸收太阳的辐射,温度才会上升;如果没有物质,这种效应就难以体现。地球就是这样一个例子,不断地吸收来自太阳的热辐射,并且大气层如同一床厚被,防止热量迅速散失,使得地球的温度相对较高,且保持稳定。



在这里,我们不妨再提一下热量传递的三种方式:热传导、热对流和热辐射。这些在初中物理课上都有所涉及。热传导是指通过物体内部或物体之间的接触面传递热量的过程,主要发生在固体之间;热对流是指通过流体(如气体或液体)的流动传递热量的过程;而热辐射是指物体不通过媒介,直接通过发射或吸收电磁波传递热量的过程,可以在真空中发生,太阳的能量就是通过这种方式辐射到地球的。

实际上,太阳就像一个巨大的“火球”,地球上的我们一直在“烤火”,通过热辐射的方式吸收“火球”的热量。

这种方式与我们在寒冷天气中烤火取暖本质上相同,都是通过热辐射获取热量。我们在火堆旁烤火,感到暖和主要是因为热辐射,当然也有热对流,因为有空气的存在,但热辐射是根本原因。

换句话说,即使没有空气,我们也能感到温暖,但只是面对火堆的一面,背对火堆的一面会感到寒冷。这与在太空中的感受相同,那里的温度几乎接近绝对零度,不要以为在太空中会被冻死。



实际上,如果你处在地球与太阳之间的太空中,你身体朝向太阳的一面很可能会因太阳强烈的辐射而灼伤,而背对太阳的一面会感受到彻骨的寒冷!

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