太陽表面溫度5500度,都把地球曬熱了,為什麼日地之間卻冷冰冰?

陽光是地球的主要能量來源

按照目前的主流理論,我們知道,6500萬年前,有一次小行星撞地球導致了恐龍的滅絕。但實際上,恐龍不是在小行星撞擊地球的那一刻就滅絕了。而是持續了很久,這是因為,小行星撞擊地球激起了大量的煙塵,遮蔽了陽光,沒有了陽光,植物無法光合作用,植物數量大量減少,生物能獲取的能量大量減少,導致許多大型食草恐龍滅絕,由於能量大幅度減少,食肉恐龍也就滅絕了。

太陽表面溫度5500度,都把地球曬熱了,為什麼日地之間卻冷冰冰?

由此可見,陽光對於地球生命的重要性。地球表面的主要能量來源都來自於太陽。但不知你想過一個問題沒有?太陽核心達到了1500萬度,表面達到了5500度,陽光可以把地球曬熱,但偏偏日地之間的宇宙空間卻是接近於絕對零度的,那這到底是咋回事呢?

太陽表面溫度5500度,都把地球曬熱了,為什麼日地之間卻冷冰冰?

今天,我們就來聊一聊這個話題。

太陽核聚變反應

不知道你想過沒有,太空中明明沒有氧氣,為什麼太陽還可以持續地燃燒?

實際上,太陽的燃燒不同於我們在地球上的燃燒。太陽的燃燒說白了是“壓出來的”。為什麼這麼說呢?

這是因為在宇宙中質量是決定一個天體的關鍵因素,質量達到太陽質量8%以上的天體大機率就會形成一顆恆星,小於這個質量的,基本上只能是一顆行星。而恆星一般質量都十分巨大,就拿太陽來說,太陽的質量佔據了整個太陽系總質量的99。86%以上。

太陽表面溫度5500度,都把地球曬熱了,為什麼日地之間卻冷冰冰?

質量越大,引力就越大。太陽在引力的作用下,內部的溫度急劇升高,這就使得太陽內部的物質狀態成為了等離子態,所謂的等離子態是指原子中的電子獲得了足夠大的能量,擺脫了原子核的束縛,開始自由移動。因此,太陽內部其實是一堆原子核、電子、光子到處亂串。

太陽表面溫度5500度,都把地球曬熱了,為什麼日地之間卻冷冰冰?

這時候原子核和原子核就有可能發生合併,也就是核聚變反應。不過,這裡其實還存在這個問題,那就是原子核是帶正電的,同種電荷相斥。因此,想要讓兩個原子核發生核聚變,實際上是需要克服靜電斥力的。

太陽表面溫度5500度,都把地球曬熱了,為什麼日地之間卻冷冰冰?

說白了就是需要足夠大的能量,但是太陽的溫度其實不足以點燃氫原子核的核聚變反應。我們都知道氫彈也是利用氫原子核的核聚變,但要點燃一顆氫彈至少需要1億度。而太陽核心的溫度只有1500萬度,這是遠遠低於反應條件的。

太陽表面溫度5500度,都把地球曬熱了,為什麼日地之間卻冷冰冰?

不過好在,在微觀世界中存在著一種量子隧穿效應,意思是說,即使是沒有輸入足夠大的能量,這個反應也是可能發生的,只不過機率極其低,對於一對氫原子核而言,大概需要十億年才能發生一次反應。

太陽表面溫度5500度,都把地球曬熱了,為什麼日地之間卻冷冰冰?

不僅如此,只是依靠量子隧穿效應也是不夠的,在這個反應中第一步就需要讓兩個參與反應的氫原子核,說白了就是質子,一個變成中子,這其實是需要弱相互作用參與的,而這個反應也是小機率事件。

但是太陽由於足夠大,即使再小的機率能夠促使反應發生。但是由於這兩個原因,導致太陽不會像氫彈那樣一下子全炸了。

太陽表面溫度5500度,都把地球曬熱了,為什麼日地之間卻冷冰冰?

而是非常緩慢地進行氫原子核的核聚變反應,能量也是逐漸釋放出來。而整個過程其實分為三個階段,最終反應前後會損失一部分質量,這部分質量以能量的形式釋放出來,每產生3個光子,就會伴隨著2箇中微子的產生。簡而言之,就是4個氫原子核核聚變,產生了氦-4原子核,並釋放出大量的能量。

太陽表面溫度5500度,都把地球曬熱了,為什麼日地之間卻冷冰冰?

太陽的能量就是來自於這個核聚變反應。這些能量會向四周擴散,體量十分巨大。如果把太陽單位時間內的總輻射量比喻成錢,那太陽大概往太空中撒了70萬億人民幣,但地球接到的也就是3萬塊左右,而被人類用上的也就是三塊左右。

那太陽釋放的能量如此巨大,為什麼日地之間的太空還是接近於絕對零度呢?

日地之間的太空為什麼如何寒冷?

要了解這個問題,我們就得先來了解一下什麼是溫度?

從經典物理學出發,我們從微觀世界來理解溫度,就能夠搞懂這個問題。

溫度的微觀解釋是微觀粒子熱運動的劇烈程度

太陽表面溫度5500度,都把地球曬熱了,為什麼日地之間卻冷冰冰?

我們都知道,物質都是由粒子構成,但粒子其實並不是固定不動的,而是到處亂晃的。當這些粒子熱運動的越劇烈,溫度越高;粒子的熱運動越不劇烈,溫度就越低。

這裡其實涉及到統計學的問題。那其實是基於整體定義的問題,所以,我們用的是粒子的平均動能來描述。平均動能越高,溫度越高,平均動能越小,溫度就越低。

太陽表面溫度5500度,都把地球曬熱了,為什麼日地之間卻冷冰冰?

但是我們要知道的是,統計是建立在足夠的粒子數之上的,而如今的宇宙密度極其低,這個程度大概是一立方米當中只有不到一個氫原子的水平(近似)。這樣低的密度,根本體現不出溫度來,而當太陽發出的光子在宇宙傳播時,這些光子並不會被太空中的粒子大量俘獲,主要就是因為粒子數太少了。而地球可以接受太陽輻射,主要的原因就是地球的粒子數足夠多。

太陽表面溫度5500度,都把地球曬熱了,為什麼日地之間卻冷冰冰?

所以,日地之間的太空根本無法吸收太陽的能量,但同時由於它的粒子數實在太少,也無法體現出能量來。

宇宙微波背景輻射

我們常常認為太空的溫度是絕對零度,這其實也是不準確的。實際上,太空的溫度大概要比絕對零度高2。72度。這個溫度其實來自於宇宙大爆炸的餘溫。按照目前的主流理論,宇宙起源於138億年前的一次大爆炸。

太陽表面溫度5500度,都把地球曬熱了,為什麼日地之間卻冷冰冰?

大爆炸早期的溫度特別高,大概是

1。4*10^32度(1。4億億億億度)

。然後隨著宇宙的膨脹,溫度逐漸下降,後來到了宇宙大爆炸後的38萬年,溫度降到了3000度,宇宙從原本像是一鍋粒子粥的等離子態,開始變得逐漸透明,電子被原子核所俘獲,光子在開始在宇宙中傳播。

太陽表面溫度5500度,都把地球曬熱了,為什麼日地之間卻冷冰冰?

最早的這批在宇宙中傳播的光子成為了遍佈宇宙的背景輻射,被我們稱為宇宙微波背景輻射,目前隨著宇宙的膨脹,宇宙微波背景輻射已經下降到了2。72K。我們目前還可以利用探測器探測到宇宙微波背景輻射的存在。

太陽表面溫度5500度,都把地球曬熱了,為什麼日地之間卻冷冰冰?

這也成為了天文學家手裡的必備資料。也就是說,由於宇宙微波背景輻射的存在,宇宙並不是絕對零度的,而是略微高於絕對零度的。

頂部