每天,太陽都會從東方升起,再從西邊落下,太陽與地球就像一對互相陪伴的兄弟,熬過了數(shù)十億年的光陰。地球圍繞著太陽公轉(zhuǎn),這樣在地球上產(chǎn)生了晝夜的變化和四季的更替,同時太陽也給地球帶去了光和熱,為地球的生命提供最基礎(chǔ)的生存保障。
太陽與地球的距離大約為1.5億公里,太陽的表面溫度可以達(dá)到5500攝氏度,經(jīng)過1.5億公里的距離,太陽產(chǎn)生的溫度還足以將地球上的部分地區(qū)烤的火熱,但是神奇的是太空卻接近絕對零度,這究竟是怎么一回事呢?
太陽是太陽系的中心天體,其自身的質(zhì)量就占到了太陽系總體質(zhì)量的99%以上,太陽系其他的行星都圍繞著太陽進(jìn)行公轉(zhuǎn),它也為其他行星提供了源源不斷的能力補(bǔ)給。太陽能夠產(chǎn)生源源不斷的能量主要還是依賴于自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
其本身是一個熱等離子體和磁場交織形成的理想球體,它的直徑是地球的110倍,體積達(dá)到了地球體積的130萬倍,自身四分之三以上的質(zhì)量是氫,這也為它發(fā)光發(fā)熱提供了物質(zhì)保障。
太陽發(fā)光發(fā)熱的原因是因為它本身就一直發(fā)生核聚變。太陽的內(nèi)部存在一個巨大的核反應(yīng)區(qū),此處的核心溫度高達(dá)1500萬攝氏度,壓力更是相當(dāng)于3000億個大氣壓。在太陽內(nèi)部的核反應(yīng)區(qū),每時每刻都發(fā)生著四個氫核聚變成一個氦核的熱核反應(yīng),每秒鐘就可以通過反應(yīng)6億噸的氫釋放出400萬噸的能量,這樣的能量輸出給地球帶來了大量的光和熱。
當(dāng)然,太陽進(jìn)行熱核反應(yīng)也會消耗自身的質(zhì)量,但是太陽巨大的質(zhì)量至少還能維持這種熱核反應(yīng)至少50億年的時間,也就是說太陽的壽命至少還有50億年。
正是因為太陽的存在,地球才獲得光明和能量。太陽發(fā)射的能量以電磁波和微粒輻射的方式向四周的行星進(jìn)行擴(kuò)散,這些輻射穿過地球的磁場、等離子體層、電離層后,進(jìn)入地球的內(nèi)部環(huán)境,影響著地球的地面溫度和生物生存。在炎熱的夏季,太陽活動頻繁的時期,地球磁場會受到嚴(yán)重影響,同時充足的太陽光也會提高地球的內(nèi)部溫度,讓人感受到烈日的炙烤。太陽的光和熱從太陽發(fā)出以后,穿過遙遠(yuǎn)的太空深處,經(jīng)過1.5億公里的“跋涉”,仍然可以炙烤地球的大地,卻不能將太空的溫度升高呢?要搞明白這個問題,我就需要了解一下溫度這個物理量的含義。
溫度是表示物體冷熱程度的一個基本物理量,根據(jù)熱力學(xué)定律,溫度的微觀表示為物體分子熱運(yùn)動的劇烈程度。從分子運(yùn)動論的觀點來說,物體的溫度表示的是整個物體當(dāng)中分子運(yùn)動的平均動能,它屬于一個集合性質(zhì)的概念,對于單個分子研究其熱運(yùn)動的劇烈程度是沒有任何意義的。在微觀層面,分子運(yùn)動得越快,物體的溫度就越高;分子運(yùn)動得越慢,物體的溫度就越低。
目前來說,人類科學(xué)能夠研究所得到的最低溫度就是絕對零度,這是溫度的極限,即零下273.15攝氏度,在這個溫度條件下,所有的分子運(yùn)動全部停止,根據(jù)熱力學(xué)第三定律,絕對零度是無法通過有限的降溫手段來達(dá)到的,也就是說絕對零度是一個只能無限接近卻不可能實現(xiàn)的溫度,人類依靠目前的盡可能凍結(jié)分子運(yùn)動的科技手段已經(jīng)得到了距絕對零度只差三千萬分之一度的低溫。
因此,通過以上對于溫度的分析,根據(jù)熱力學(xué)定律我們認(rèn)識到一個物體要想實現(xiàn)熱量的上升,需要滿足兩個條件:第一個條件是需要有大量的分子,單個的分子是無法統(tǒng)計出整體的表現(xiàn);第二個條件是大量的分子在做無規(guī)律的劇烈運(yùn)動。
明白了物體具備溫度的條件后,再解決太空為什么溫度不高的問題似乎就變得簡單了。外太空是一個真空環(huán)境,根據(jù)普朗克衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù),外太空的密度非常低,低到一平方米內(nèi)甚至不到一個氫原子。
換句話說,外太空的環(huán)境當(dāng)中幾乎無法找到大量的分子,這種極其空曠的環(huán)境根本就不存在分子進(jìn)行劇烈碰撞的機(jī)會,而且宇宙的空間一直在不停的膨脹,這樣只會繼續(xù)加大分子間的距離,溫度也會因為分子碰撞機(jī)會的減少而越來也低,最終無限的逼近于絕對零度。
地球的情況則與外太空截然相反,地球存在大量的分子,而且這些分子密度很大,無時無刻不在進(jìn)行劇烈的分子碰撞,這就為溫度的升高創(chuàng)造了條件。
地球上大量的分子在接收到來自太陽的照射以后,會獲得大量的能量進(jìn)行更為劇烈的分子運(yùn)動,這也就為物體溫度的進(jìn)一步提高提供了條件。
同時,地球擁有非常厚實的大氣,大氣不僅可以完成地球的保溫工作,減少地球熱量散失到太空,而且大氣還可以通過逆輻射的方式將白天太陽照射揮發(fā)的熱量在晚上重新返給大地,同時大氣也能夠在太陽照射時吸收掉一部分的輻射,這樣的大氣既能夠減少輻射量,又能夠起到保暖作用。
而且,地球的表面擁有大量的水,海洋面積占到了71%,水是一種比熱容較大的物質(zhì),它能夠在吸收熱量以后長時間保持溫度的恒定,這也讓地球能夠保持氣溫的恒定。
然而,目前地球溫度異常升高還帶來了很大的生態(tài)危機(jī),隨著人類活動的進(jìn)一步活躍,大量化石燃料的燃燒釋放了非常多的二氧化碳等溫室氣體,這些氣體會進(jìn)一步提高地球表面的溫度。
而且作為“地球碳庫”的北極近年來也有將其儲存的數(shù)萬億噸甲烷釋放的可能,一旦這些深埋地下的甲烷被釋放出來,這將會進(jìn)一步提高地球的溫度,嚴(yán)重的甚至?xí){生態(tài)安全和生物多樣性。正是因為大氣層的保護(hù)和太陽源源不斷的熱量補(bǔ)給,地球上的生物才有了生活下去的基本條件。
太空環(huán)境雖然因為其環(huán)境當(dāng)中存在分子數(shù)量過少,而導(dǎo)致環(huán)境溫度一直接近于絕對零度,但是太空環(huán)境還是存在一定溫度的,這些溫度都是當(dāng)年宇宙大爆炸后產(chǎn)生的,但是隨著宇宙不斷的膨脹,溫度也在越來越低。
地球環(huán)境因為存在大量的分子而能夠接收到太陽的光和熱,并形成適宜人類生存的溫度,但是我們也要警惕近年來日愈嚴(yán)重的的溫室效應(yīng),盡可能減少溫室氣體的排放,將我們?nèi)祟惞餐募覉@保護(hù)好。
作者:丫丫 初審:未央 校稿編輯:W