03.02 為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?

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為什麼鳥🦜可以在天上飛,魚🐟可以在池中游?這是因為有空氣和水。如果鳥和魚是物理對象的話,那麼空氣和水就分別是它們的物理背景。

自然界是一個有機系統,其中的各種不同的事物都是相互聯繫和相互依賴的,不存在絕對獨立的物體。那麼地球🌍與太陽🌞是如何聯繫與相互作用的呢?

由於所有的微觀粒子都具有波動性,由於普朗克常數h的普遍存在,由於非接觸的遠程作用力——引力及電力的存在,說明在我們的宇宙中,存在著統一的物理背景即存在著物理空間。

而且,該空間是不連續的,是由宇宙中不可再分的最小粒子——量子構成的。普朗克常數h的量綱是粒子的角動量,具有不變性,說明量子與普通的粒子一樣,其質量和體積都是大於零的。

又由於原子的體積是由電子高速運動所形成的封閉體系,其中的絕大部分空間是由量子充滿的空間。

由此,我們獲得了一個有機的量子宇宙觀:

離散的基態量子構成空間,受到激發的量子成為光子屬於能量的範疇,由高能量子組成的封閉體系就是物質。

於是,能量是關於粒子運動能力的度量,最小單位的能量是關於量子運動能力的度量;質量是被封閉的粒子關於其空間效應的度量。

如果我們把量子空間比作大海的話,那麼地球和太陽就是漂浮在海水🌊中的兩艘小船🚣‍♀️。這一海水的溫度就是宇宙的微波背景輻射☢️溫度。根據測量,其具體的數值是絕對溫度2.7k,相當於攝氏零下270.45度。所以,太空是非常寒冷的。

然而,任何物體的封閉性都是小於1的,太陽也不例外。由於太陽的巨大質量,使其內部發生核聚變反應,由4個氫原子聚合成一個氦原子。在聚合的過程中,會有百分之0.7的質量轉化為能量,即由封閉的量子轉變為離散的高能量子——光子。

於是,作為受到激發的量子,具有較大概率的隧道效應,可以部分地從作為封閉體系的太陽中逃逸出來,借用物理上的說法,就是太陽輻射光子。

我們都知道陽光到地球所需的時間⌚️約為8分鐘,但卻不一定知道,核聚變所產生的光子要經過上百萬年的時間,才有機會掙脫太陽的束縛,逃逸出來。

不同能量的激發量子,具有不同的頻率。實際上,太陽輻射出來的激發量子的能量是大小不一的。可見光只是其中很窄的一小段頻率範圍的光子。不過,其在陽光中卻佔有很大的比例。之所以使該頻率段的光子成為可見光,是因為我們人體的視覺細胞長期進化🧬的結果。

可見光本質上也是粒子,是宇宙中最小的粒子,因而其屬於能量的範疇,也是有溫度的。由可見光的頻率換算出的等效溫度,約為幾十攝氏度。

當光子對空氣中的氣體分子和我們人體相碰撞💥時,使作為激發量子的光子又重新迴歸為基態量子,成為量子空間的一部分。

與此同時,光子將其因受到激發而獲得的能量傳遞給了空氣和人體,表現為氣體分子和人體分子動能的增加。由此,使空氣和體感溫度上升。

由於量子的體積非常細小,光子與空間量子碰撞的概率很低,而且兩者的能量相差近千倍。所以,光子與空間量子因碰撞而產生的能量轉化率是非常低的,進而使量子空間吸收🧽光能的概率遠遠低於空氣和我們人體吸收光能的概率。這就是為什麼地球上的溫度遠高於太空溫度的原因。


淡漠乾坤



這個問題已經說過多次了,既然大家感興趣,就再簡單說一下。

首先我們要知道熱是怎麼來的。我們之所以感覺到熱,是因為有溫度存在,而溫度則是分子運動的結果。分子密度越大,運動的越激烈,溫度就越高;反之分子密度小或者運動的不激烈,溫度就低。

要使分子運動激烈,就需要能量交換。而太陽電磁輻射就是能量的來源。

太陽巨大的能量是以電磁輻射方式傳遞的,電磁輻射說穿了就是光的一種表現形式,是可見光和不可見光的組合。

我們人眼可見光在電磁輻射中佔有一個很小的波段,在380nm~780nm之間,而高頻和低頻段的光是人眼看不見的,以無線電波、微波、紅外線、紫外線、X射線、伽馬射線等方式傳播。

電磁輻射是以光子為載體,光和電磁輻射傳播都無需介質,在真空中更快。

電磁輻射帶著的能量到了地球,就與地球物質,首先是大氣分子進行交換,使這些粒子運動而產生熱量,體現出來的就是溫度。


地表大氣密度達到0.00129克/立方厘米,一個立方厘米有2.7x10^19個氣體分子(約2700億億個),這些氣體分子與太陽輻射交換和儲存著能量,就使人感到溫暖和熱度。

而到了高空,空氣分子就很稀薄了。地球大氣層在400多公里的高空叫做熱層,那裡的粒子溫度可以達到一兩千度,可如果拿溫度計去測量卻感到異常的寒冷,那裡的飛船(國際空間站)在對著太陽的艙外溫度可以達到121度(攝氏度,後同),而在背陰處,氣溫下降到-157度。

這說明空間溫度是極低的,空間站向陽一面高溫是太陽能量作用於艙壁的結果。所以在這種環境下,粒子達到可以鍊鋼鍊鐵的溫度,但這種稀薄的粒子撞擊,要把1克水提升1度溫度要幾十個小時。這也是在地球上越高的地方越寒冷的緣故,主要就是越高空氣越稀薄,所能承載的能量就越少。比如到了珠穆朗瑪峰頂,空氣密度只有海平面約30%,所以溫度就很低了。

而在距離地表1000公里的高空,空氣密度只有地表密度的1億億分之一,一個立方厘米還有2700個氣體分子了,但那裡的溫度會降到-200度。

越到遠離天體的太空,粒子就會越來越少,到了太空深處每個立方厘米只有幾個粒子了,甚至一個立方米也就1到幾個粒子,所以那裡的溫度會越來越接近絕對零度。

這樣太陽電磁輻射就在太空暢通無阻,損失也就很小了,一直到達地球,與地球空氣分子接觸,這種能量才以熱量的方式顯示出來。

太陽在太空真空中傳播,並不是黑暗的,乘坐宇宙飛船或者在空間站工作的宇航員都可以看到明媚的陽光。但在太空由於沒有空氣的反射折射和衍射,就不會在空間留下很多明亮的光芒,只有照射到物體,或者人眼對著太陽看時才能夠看到。

太空中還可以看到漫天的繁星,這些都是遙遠的恆星傳遞過來的光線,因為沒有空氣衍射折射散射,雖然看起來更清晰很明亮,但卻不會閃爍,就是一個個單調不動的亮點,鑲嵌在漆黑的背景上。

就是這樣,歡迎討論。


時空通訊


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001


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


對於為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呢之話題,我個人觀點認為,

太陽光到達地球時,人體能感覺到光和熱的現象,是由於地球和人體都是屬於實體物質,具有對陽光的聚光性和聚熱性物理現象,因而,人體會感覺到太陽的光和熱。

而至於太陽的光經過的宇宙太空卻是黑暗和寒冷的問題,先來明確一點,太陽光在太陽系空間範圍內是光亮的自然現象,而不是黑暗的。關於太空寒冷的問題,主要原因是太空間是真空狀態,太空氣體不具備聚光性和聚熱性,況且在太空真空狀態的環境中,太陽光子群都具有高速度穿透性的遊離狀態,沒有把光能轉變為熱能現象在太空中發生,因而,太陽系太空中的溫度環境都一直是處於寒冷的自然狀態。

不知這樣的回答是否準確?!如讀者閱後覺得我說的有道理,希給個點贊並關注我,可閱讀到我相關科學領域前沿上千個的原創答題,歡迎大家一起來討論和學習。宇明於東莞市。(注:原創作品,版權所有,抄襲必究。)


地外天使


我們的太陽通過將氫轉化為氦來發光,這個過程叫做核聚變。在太陽的中心,可以達到2000萬攝氏度,太陽表面的溫度,就達到了6000攝氏度。太陽每秒將大約500萬噸的質量轉化為能量,通過電磁波在太陽周圍輻射出來。太陽在電磁波光譜中發射出多種波長的輻射,包括紅外線、紫外線和X射線。這也是我們能看到太陽的原因。

陽光

熱可以通過三種方式傳遞:傳導、對流和輻射。太陽不能直接將熱量傳導到地球,因為這兩個物體之間沒有接觸。對流也是不可能的,因為沒有介質連接這兩個物體來促進熱流。因此輻射是通過空間傳遞熱量的唯一途徑,太陽的輻射由稱為光子的小的、無質量的能量包組成。它們穿越真空狀態的太空,當它們撞擊到太陽系內任何物體時,輻射就會轉化為熱量給物體,物體吸收和反射光子,能量就增加產生熱同時我們也看到了光。

而是太陽就是將其大部分能量作為不同波長的光來輻射,以熱的形式到達地球。可見光譜中的光有使地球變暖的效果。它是通過穿透大氣層後被地球上的陸地和水等物體吸收了。一旦地球上的這些物體吸收了它所能容納的能量,它就開始向外面輻射能量。這種地面輻射主要在光譜的紅外波段,被大氣中的氣溶膠吸收。這些溫室氣體收集熱量並儲存地球分配太陽輻射的剩餘能量。最終,甚至大氣層也會達到熱飽和,並將多餘的能量輻射回太空。



而在宇宙太空的真空狀態下,在沒有天體的地方,就不會存在這些方式來傳導和接收,因此是黑暗和寒冷的。


hnyfkj


地球之所以能成為目前太陽系內,唯一一顆適合人類生存居住的星球,很大一部分原因要歸功於合適的溫度


地球自身的溫度,主要來源於1.5億公里外的太陽,然而在太陽隔著1.5億公里加熱地球的情況下,地球所在的太空,溫度卻還是接近絕對零度的水平,宇航員們艙外作業時,仍需換上數百公斤的艙外宇航服才行。

究竟是什麼原因導致了,地球熱而太空冷呢?

回答這個問題前,我們先要搞清楚“溫度”究竟是什麼


在物理學中,溫度是由分子運動產生的,而人類感覺到的溫度,是由大量空氣分子運動給人的一種宏觀感受,因此產生溫度的前提就是“氣體分子”,而太空中幾乎沒有氣體分子,所以太陽輻射能量,飛行1.5億公里來到地球的路上,根本無法加熱太空。

地球能夠擁有適宜的溫度,大氣層功不可沒,它的存在不但鎖住了地球的熱量流失,還吸收了絕大部分太陽熱輻射,受熱運動的氣體分子又通過熱傳導的方式,將熱量傳遞到了地表,最終形成了合適的地球溫度。


其實嚴格意義上來說,外太空並不是絕對寒冷的

因為外太空雖然沒有氣體分子,但每立方厘米空間還是有若干個原子的,這些原子也會受到太陽輻射影響而發生熱運動,進而產生熱量和溫度,但人類是絕對無法感受到這幾個原子熱運動帶來的“溫度”的。

衛星和空間站,以及艙外活動的宇航員們,本身都是由原子構成的,因此它(他)們受太陽直射的一面,其溫度是非常高的,而背向太陽的一面則接近絕對零度,這也是為什麼太空設備材料,都要求耐高溫和低溫的原因。


宇宙觀察記錄


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


關於這個問題,需要來了解一下光。光是電磁輻射,這是能量的一種形式。當光子與物體接觸時,它們多多少少會被物體吸收一部分,於是,獲得光能的物體就會變熱。另一方面,光具有不同的存在形式,例如,無線電波、紅外線、可見光、X射線,它們的區別在於波長不一樣。人的眼睛只能看到特定波長的電磁輻射,這被稱為可見光。

地球表面被一層大氣所覆蓋,空氣中存在著各種微粒。太陽光的主要組成為紅外線、可見光和紫外線,當太陽光照射到地球上時,紅外線的一部分會被二氧化碳等其他吸收,紫外線會被臭氧吸收,而大部分可見光則會穿透大氣到達地面,它們與物體發生相互作用,從而把熱量轉移給物體。通過上述熱輻射過程,地球就會變熱。

太陽發出的可見光穿過大氣時會發生散射作用,並且它們在到達地面時還會被地表上的物體反射。這些過程可以使地球上充滿可見光,從而把地球照亮。

另一方面,太空是空蕩蕩的,其中的粒子密度極低,可以認為是真空的。太陽光在太空中穿行時,不會被反射、散射和吸收,所以宇宙看起來是黑暗的,並且也不會被加熱。太陽光最終會到達地球,使地球變熱變亮。


火星一號


很多人都有這樣的常識,那就是太陽特別熱,地球都能被曬熱,但是日地之間的太空是絕對零度的(當然這個說法其實是錯誤的,太空實際上還是略高於絕度零度的),這不是相互矛盾了嗎?為什麼太陽能曬熱地球,就不能把日地之間的太空曬熱了呢?

為什麼會感覺到溫度?

要了解這個問題,我們就得先來了解一下:什麼是溫度。

當然,溫度實際上是一個物理量,是反映物體冷熱程度的物理量。所以,它是用來描述熱現象的。

其實人類很早就在思考什麼是”熱”?然而遲遲沒有一個令人滿意的答案,各種假說都有各自的缺點。比如:200-300百年前,流行著一種熱質說。後來隨著熱力學開始發展,人類意識到,從微觀視角來看,

溫度的本質是分子熱運動的劇烈程度。那這句話該如何理解呢?

我們都知道,萬物都是由粒子構成的,但是粒子實際上並不是整齊劃一地排列在一起。實際上,粒子是在做不規則的運動,布朗運動就可以充分地證明這一點。

科學家發現,當粒子整體運動劇烈時,溫度就越高,反之亦然。

所以,我們就可以用粒子的平均動能來描述“熱”。但是這裡要補充一點,我們要感受到熱或者說感受到溫度,是有前提的。熱力學其實是也被叫做統計力學,這是因為它是基於足夠多的粒子數的統計基礎之上的。這就意味著,如果要反映出溫度來,就需要有足夠多的粒子數才行。那如果粒子數很少,那會如何呢?

實際上,如果你身處幾乎沒有粒子的空間,並不會感受到溫度的高低,當然應該會很容易被憋死。

地球為什麼可以被太陽曬熱?

知道了上面的內容,我們就來看看開頭說到的那個問題。我們要知道的是,地球也是由粒子構成的,而且是大量的粒子。因此,但太陽輻射到底地球時,光子可以使得地球上的粒子熱運動變得劇烈,這時候就會反映出溫度升高的現象。

所以,地球能被曬熱的根本原因,是因為地球本身是由大量的粒子構成的。那太空為什麼不行呢?

實際上,太空是幾乎真空的,所謂的真空就是粒子都不存在的空間。當然,絕對的真空是不存在的。宇宙實際上是幾乎接近於真空狀態。在宇宙學中,我們會用到一個宇宙密度的概念。科學家通過理論和模型,可以得出一個臨界密度,這個臨界密度是ρ0=0.9×10^(-29)克/釐米^3,這麼看可能沒什麼感覺。

我們可以做個例子,這個臨界密度相當於一平方米內只有一個氫原子。而根據最新的觀測數據和理論分析來看,如今宇宙的密度是略小於臨界密度的。這就意味著宇宙實際密度是略小於一平方米一個氫原子的水平。這樣的粒子密度是不可能能夠反映出溫度的,所以,如果有人不小心暴露在太空,他實際上不會被凍死,因為他根本感受不到溫度,不過由於氣壓太低,他的體液會沸騰,最終可能因為體液沸騰而死,也可能是被憋死的。

所以,太空沒有辦法被曬的原因本質上是因為單位體積內的粒子數實在太少了。

但如果這樣你認為宇宙是絕對零度,那就錯了。如果宇宙是絕對零度,那熱力學定律早就會被改寫了。實際上,宇宙是有溫度的,這個溫度是2.72K。為什麼是這樣呢?

我們現在知道,宇宙誕生一次大爆炸,這發生在138億年前。大爆炸之後,宇宙處於類似於等離子態,有點類似於混沌的那種狀態,也就是不透明,此時溫度極其高。宇宙的空間開始劇烈的膨脹,隨著空間膨脹,溫度開始下降。

但我們要知道,溫度是不可能憑空消失的。因此,這個宇宙大爆炸的餘溫還要留存至今,如今我們還能夠探測到它,它的溫度就是2.72K,也就是比絕對零度高2.72度,這也被稱為宇宙微波背景輻射。如今已經成了天文學家人生必備的武林秘籍。

總結

從微觀視角來看,溫度的本質是分子熱運動的劇烈程度,這就意味著溫度是建立足夠多的粒子數之上才有意義的。地球能被曬熱,就是因為地球由大量的粒子構成,而宇宙幾乎接近於真空,粒子數實在太少,所以無法反映出溫度來,更沒有辦法被曬熱。雖然宇宙體現不出溫度,但實際上它是有溫度的,這個溫度就是宇宙微波背景輻射的溫度。


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