爲什麼太陽光到達地球能感覺到光和熱,而太陽光經過的宇宙太空卻是黑暗和寒冷的?

煙花易冷842


答:這裡有一個常識性的認知錯誤,我們說太空是寒冷,與溫暖的太陽光穿過太空後,到達地球並無矛盾。


我們說某個空間處於某個溫度,指的是:這個空間內的微觀粒子(主要是原子、分子和離子等等,不包含光子),無規則熱運動的平均動能!



於是我們就可以進行分析:

1、太空中基本處於真空狀態,微觀粒子的密度極低,而且這些粒子發出的熱輻射極少,顯得太空中的溫度極低,甚至接近絕對零度;

2、物體向著太陽一面,能夠接收到太陽的熱輻射,而且輻射能量非常高,這些光子照射到物體上後,會加熱物體表面,宏觀現象就是向著太陽一面溫度高;



兩者並無矛盾,太空溫度取決於空間內的微觀粒子,和穿過太空的光子並沒有直接聯繫,這是兩個不同的概念。

好比我們在電磁爐和鍋底墊一張紙,然後電磁爐把鍋裡的油加熱到幾百度,但是中間的紙張溫度並不高,是一樣的原理,而這個紙張就相當於我們討論的太空。


這也造成,人造地球衛星,在向著太陽一面溫度高達100℃以上;而揹著太陽一面,卻低於-100℃。




好啦!我的答案就到這裡,喜歡我們答案的讀者朋友,記得點擊關注我們——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


其實題目本身已經給出了答案。

光要想加熱物體,需要和物質發生相互作用,也就是題目裡面說的“太陽光到達地球能感覺到光和熱”。

太空中的環境接近真空,真空的意思是同樣的體積內沒有多少物質,也就沒有多少加熱,絕大部分太陽光只是”經過“太空,所以就給人一種空曠寒冷的感覺。

不過,如果放一大塊板子在太空中,當太陽光“到達”,被擋住沒法“經過”也太不好“返回”的時候,就會加熱這塊板子。

月球表面沒有大氣,也可以看成是太空。如果把前面的板子換成月球表面,就可以解釋為啥月球上白天(被太陽曬到)的溫度可以達到近兩百度。

我們平時在路上看到對面來的人,會根據和對方的關係而做出不同的行動。完全不認識的就直接走過去,認識又不打算現在聊天的就打個招呼再走過去,認識又有事情想聊的就站住慢慢聊。

類似的,光和物質相遇的時候,什麼時候“經過”,什麼時候“到達”,什麼時候“返回”,取決於光和物質的“關係”如何(發生什麼樣的相互作用)。

有時候光會“經過”物質,有時候光會“返回”,有時候光會“到達”並加熱物質(引號表示這些說法主要是比喻,並不是嚴格的科學解釋)。

太陽光是電磁波,光的這種加熱方式叫輻射,光又叫做電磁輻射。

除了輻射以外,還有兩種加熱方式,分別叫傳導和對流。

燒水的時候,從側面可以看到爐火很明亮,而且能感覺到熱度,這就是

輻射(Radiation)加熱。

燒開了的水在鍋裡咕嘟咕嘟地翻滾就是對流(Convection)在起作用,對流的時候物質會有運動,比如鍋底的水溫度高,會向上運動,把熱量帶到上層,冷卻之後又向下運動,這樣一運動起來,水就在鍋裡不停的翻滾了。

↓三種熱傳遞機制的示意圖,圖自培生教育、richhoffmanclass↓

如果拿鍋的時候不小心碰到了鍋邊,被燙了一下,這種”碰到被燙到“就是

傳導(Conduction)在搗亂,傳導不像對流那樣有翻滾運動,所以碰了一下之後,不會發生混合,手還是手,鍋還是鍋。

現在我們把三種方式都算進來,看一看光從太陽到地球都做了什麼。

太陽光從太陽上發出,經過茫茫太空,只會有非常非常小的輻射加熱,所以那旮旯的太空雖然離太陽近,反而很冷。

↓地球的能量預算示意圖,可以看到地表吸收的太陽輻射比大氣吸收的要多,圖自NASA↓

然後太陽光就來地球了,陽光穿過地球大氣的時候,會有一小部分的輻射加熱,還有一部分被反射回太空,剩下的陽光主力會到達地面,給地面加熱。

接下來地面再通過傳導給靠近地面的空氣加熱,靠近地面的空氣接過加熱的接力棒,用傳導和對流給更高處的空氣加熱,所以夏天有時候地面熱得可以攤雞蛋,往高處氣溫則變低。

通常來說,地球上海拔每升高100米,氣溫下降0.6度,所以海拔兩千米的山頂會可能比山下溫度低12度。有句詩叫“人間四月芳菲盡,山寺桃花始盛開”。山下如果是35度的大熱天,山頂可能是23度左右的宜人溫度,所以有人會跑去山上避暑。

如果一直往高走,到了浩瀚太空,則可以體驗零下兩百多度的極端“涼爽”。

如果您有感想,請留言多指教。


喬小海


陽光散發出無數光子,光子就是光量子,無靜質量,在真空中以光速c 運行,是一種玻色子。


好了,打住,不說這些繞口的專業名詞了。先說結論,陽光之所以能讓 你感受到光和熱,是因為這些光子與你發生反應了,產生了能量的交換 傳遞。 稍微解釋一下,太空雖然是黑暗又寒冷,但是你要知道,黑暗是就是因 為沒有光子經過,而寒冷,是因為太空是一個真空的環境(理想狀態) ,沒有任何物質去作為溫度的參考或是發生熱傳遞,所以對一個絕對的 真空環境談論溫度是沒有意義的。而陽光為什麼能通過“寒冷”的太空 而不發生損失?我們都知道,熱傳遞有三種形式,熱傳導、熱對流和熱 輻射。前兩種是需要有介質參與的,而熱輻射是物體由於具有溫度而輻 射出電磁波的現象,一切溫度高於絕對零度的物體都會產生熱輻射,溫 度越高,輻射出能量就越大。


而光也是一種電磁波,在真空環境下是不 會損失能量的,直到到達地球,到達你的身上,一部分可見光波段光子 通過直射或反射到你的眼睛中,眼中的感光細胞受到這些光子的刺激, 反饋到大腦經過處理就是你看到的色彩絢麗的世界。而更多的光子以不 同波段的電磁波的形式(如紅外波段)來帶給你能量。你之所以感到溫度上升是因為光子的能量被你吸收了,而在真空中是沒有什麼物質去吸收光子 的能量的。

而我們的太陽,體積大約是地球的130萬倍,質量是地球的33萬倍,核 心處溫度高達1500萬度。每天釋放出的能量是非常巨大的。看一下有多 大。
地球只是接受到了非常小的一部分,就讓這個世界變得如此豐富多彩, 孕育出了人類這種智慧生物。


清明的星空


溫度是表示物體冷熱程度的物理量,微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度。

太空的物質密度非常的低,約為每立方厘米5個粒子,這比地球上人工製造的真空(每立方厘米100個粒子)小了很多,但太空依然是有溫度的,這就是無處不在的宇宙大爆炸的餘暉---3k背景輻射。

太空中的溫度之所以這麼低,是因為在太空中沒有保存溫度的條件。而地球表面的溫度能保持一個合適的水平,這是因為有濃密大氣層的覆蓋,如同蓋了一層透明的被子一樣,它可以阻擋高能的宇宙輻射進入地表,還可以將大量的熱量反射回地面。海水也是一個很好的溫度調節器,在氣溫高的時候吸收熱量,在氣溫低的時候釋放熱量。所以地球的溫差很小。

月球由於沒有大氣的覆蓋,在白晝最高溫度可以達到390K(117℃),最低溫度100K(-173℃)。作為反面典型的金星,由於有一個濃密的大氣層,二氧化碳(溫室氣體)的含量高達96.5%,使得它的平均溫度高達737K(464℃)。繞地球運行的人造衛星,在被太陽直射的一面溫度會達到100多度,而陰面只有-100多度。

宇宙之所以看上去這麼黑的原因是,物質過於稀疏,光線不能反射到眼睛裡,所以顯得如此黑暗。


講科學堂


謝邀!任何有溫度的物體都能以電磁波的形式向外輻射能量。太陽發出的光經過太空,太空是真空環境,太陽光沒有損失能量,所以太空是寒冷的。太陽光到了地球,首先被大氣吸收,大氣儲存了能量,然後向地面以電磁波的形式輻射能量。地面上的物體和人吸收了太陽光以及各種物體又輻射出的能量,所以在地面上能感覺到熱。

感覺到光是由於有光進入人眼,太空雖然有光經過,人只有處在有光的區域才能感到亮,沒光的區域就是黑暗的,不像地面上即使你站在太陽光不能直接照到的地方,由於各種物體都能反射太陽光,仍然有物體的反射光進入人眼,人也能看到物體感到有光亮。


知對知錯學物理


我個人認為這主要因為地球本身產生和釋放熱量才把太陽的熱量和光線吸引過來,也許地球和人類是得天獨厚的星球和生命點,或者說,人的生命註定和宇宙運動緊密相聯的,凡是有生物的地方都會產生熱量,熱量與熱量的相互作用才會產生光線,例如人的眼晴本身也是發光的,但人的眼晴的光點只有和自然(太陽)光點或人造光點相碰才能產生光線,光點本身就是熱量,一個死去的人本身也失去了熱能,因此他的眼晴也是不會發光的,因而任何光源對他沒有任何價值。宇宙間的其它星球也許沒有熱能,也沒有生物和生命,因而真空是寒冷的也沒有光線的存在,我們之所以用肉眼觀察到星光和月亮都是:地球運動與太陽光線的反襯。而月球距地球最近,因而產生月園月缺現象,真空熱量稀少形成冷氣層,冷氣層形成一種固定的浮力,但很難推動星球自轉,也不容易結成冰,冰只有在冷熱氣相遇才能形成,地球也生存在這個宇宙的真空裡,而且是在真空的間縫中生存,由於地球本身釋放熱量並與太陽光線釋放的熱量融合並在真空冷氣層的作用下形成在地球周圍的大氣層,這種大氣層就是冷熱對沖空氣層,而這種對沖空氣層決定了生命的存活也造成地球的自轉(:受真空冷氣層的擠壓地球自轉即有朝太陽方向縱向也有四周的橫向運動)而地球的自轉運動反過來又影響周圍的氣候變化以至地球上萬物的生生息息,從這個意義上講我是比較贊成“地心說”和“意識存在論”的……如有錯誤希望批評指正……


手機用戶5828008812


太陽距地球平均距離約為1.5億公里,而這段距離的宇宙空間溫度只有-270度,可見太陽並沒有加熱這段路途。

我們感覺到太陽的溫暖並不是通過熱傳導來加熱的,而是通過光輻射形式來作用到物體表面。地球和太陽之間是真空狀態,根本不能通過熱傳導來加熱。


如果太陽是通過熱傳導加熱地球的,那麼地球將不會有寒冷,溫度會越來越高。太空十分廣闊,被太陽光照射的地方才有溫度,而沒有照射到的地方溫度極低,能被照射到的地方和廣闊的太空相比實在是太小了,這一點點熱量會迅速分散。因為地球之類的某些行星有大氣層,大氣層起到了很好的保溫效果,太陽光的能量除了一小部分被反射和利用之外,都被大氣層儲藏起來。

所以在沒有大氣層的月球上,白天溫度可達160多度(當然是月表溫度),夜晚會迅速降到-180度。至於為什麼太空看起來背景是黑的,就算是太陽圓盤以外不遠的地方,背景也是黑的。這也和大氣的存在有關係。

大氣不僅起到保溫作用,它還有一個漫反射的原理,這個大家在初中物理都有學過,不在贅述。


紅色天空0312


我們拋開課本里的熱傳遞的三種方式,只談地球能感到光和熱的原因。

光是從太陽內部誕生的。一個光子的誕生時間非常漫長,從太陽內部到太陽表面,穿過重重阻擋,自身的能量也在不斷地衰減,透過太陽表面時,它可能已經誕生了5000萬年之久。當然,有的光子時間長,有的時間短。有的光子衰減的厲害,變成了紅外線,有的衰減得少,仍然是高能射線或是紫外線,這些都是人的眼睛看不到的。

光子能量的大小,取決於這些光子頻率,頻率越高,能量就越大,頻率越小,能量就越低。我們能看到的陽光,只是其中380-740nm之間波長的光子,是很少的一部分。這些頻率高低不同的光子一路奔向宇宙。

宇宙是空曠的,並不能減弱這些光子的震動頻率,所以,它們的能量一直保持著,一旦與塵埃相遇,光子會撞到上面,有可能把自身的能量傳給塵埃一些,自己的震動頻率會變低,也會被彈向一旁。也有可能被塵埃上的某顆原子俘獲,在改變了原子性質的同時,光子也就消失了。

但是,這樣的塵埃在太陽與地球之間太少了。所以光子才能暢通無阻地到達地球,碰到大氣層,會給大氣層加溫,同時不斷地被散射向四周

陽光實際上是由七種不同的顏色組成的,紅色的光波長比較長,而大氣中的空氣分子比紅光的波長要小得多,所以很容易穿透大氣到達地面。而藍色的光波長短,在以氮和氧為主的空氣分子中,散射能力要比紅光強得多,所以我們看到天空總是藍色的(物理學上這也叫瑞利散射),特別是在雨後,大氣中的大顆粒塵埃都被雨水帶到了地表時更為突出。

這時,從太陽射來的光,仍然有大量的光子射到了地面上。光子把攜帶來的能量傳遞給了大地,地面也就被加熱了。

太空中,由於物質密度極低,光子遇不到任何東西,當然不會給不存在的東西加溫。如果遇到物體,溫度一樣會升高的,比如月球表面,向陽一面溫度高達127度,而背陽 一面能達到-183度。這就是個很好的例子。


史海探奇



謝謝邀請。1.光在太空中以電磁波的形式傳播,太空是真空,光的傳播速度不變,頻率(波長)不變,所以能量不變,不向外幅射能量,所以外太空是黑暗陰冷的。


2.外太空中宇宙飛船接收到太陽光馬上發生光電轉換效應,太陽能量被太陽能電池板接收,變成電能飛船(或衛星)使用。所以外太空是一個理想的太陽能發電站。

3.太陽的的極小部分陽光照射到地球后被地球大氣層阻擋,形成臭氧層,離解氣體,損失能量,同時也阻止了很多高能粒子(如紫外線、γ射線等對人和其它動植物的傷害)。

4.一部分波長較大的光線(如可見光)通過空氣衍射到地面,幅射到動植物、河流山川形成“熱能”,才有了地球上的風雲雨露,一年四季,花紅柳綠,飛禽走獸,河流海洋,人丁興旺……的“萬物生長靠太陽”的景象。


沈大哥


這圖是錯的,你知道嗎?

“太陽光到達地球才能感覺到光和熱,而經過的宇宙,太空還那麼黑暗,寒冷。”造成這種感覺的原因很簡單,我們可能錯誤的以為太陽很大的樣子,而我們又可能錯誤地低估了我們現在已經可觀察的時空到底有多大。

面對總時空,“巨大的”太陽不過是一粒塵埃;就算在它的引力場所掌控的空間範圍內,它也僅僅就是一個沒有尺寸的質點。

造成這種錯誤感覺的原因在於,我們的地球相比太陽就已經有點小了,太陽表面的一個“黑子”就比地球大一些。如果考慮太陽到地球的尺度,畫一個等比例尺度的平面圖的話,太陽是個籃球,地球也就是個兵乓球。而且,由於是按比例的,籃球和乒乓球需要放置在幾公里遠的地方,我們才能正確地表達這種個體間與距離尺度同時符合的情況。也就是我們通常看到的太陽系模擬的圖像或示意圖,沒有一個是按實際比例畫的,否則紙不夠大,地球被忽視看不清楚了。也就是說,如果按照尺度比例,我們看見的這些圖都是錯誤的。

現在別說太陽了,說太陽系。太陽系僅僅是銀河系其中一條旋臂上的一個點。也就是銀河系的模擬照片中,太陽系是一個點,還得用字標出來,否則,你找不它在哪。這你知道,銀河系有多大了吧。

而銀河系又是總星系的一個點,總星系又是超總星系的一個點。這就是現在我們能夠看到的時空範圍。面對這樣的範圍,星際旅行的話,太陽系在哪,你都容易找不到,更別說太陽了。

至於太陽的光輝,照到冥王星已經吃力了,至於冥王星之外的太陽引力場部分,這又是乒乓球與籃球的比例,陽光根本無法抵達那裡已經衰竭了。彗星那個冰坨哪來的?奧爾特雲,冥王星之外。

在地球上能夠感受到光,是因為距離太陽剛剛好,不遠不近的,適合生物生存。但是能夠感覺熱,是因為有大氣層這個棉被,否則,和月亮表面一樣,沒大氣層,晚上就是零下100多度了,這被窩就有點涼快了。面對太陽系這個尺度,太陽那個氫彈天天在炸,形成的陽光也如大海里面的一泡尿,影響不大的。地球的溫度,是大氣層用了幾十億年的溫度積累,達到與外界接近絕對零度的背景溫度的熱置換的一種平衡,才有地球現在這個溫度的。太陽現在提供的這點能量,是保持這個平衡用的。當然,前提是這棉被不能少!

整個已經觀察的總時空,最初形成的總能量,讓這個總時空有了一個背景溫度,也僅僅比絕對零度高了幾度而已。太陽想加熱太陽系這個太空,待它變成中子星或者黑洞坍塌爆炸的時候,也許能給太陽系這個範圍的溫度提高兩度,不過很快就會被消散掉的。

所以,尺度、量的正確認識是正確理解這個問題的關鍵。


分享到:


相關文章: