溫度對(duì)于個(gè)別分子是沒(méi)有意義的，也就是說(shuō)即便個(gè)別分子熱量再高，也是無(wú)法顯示溫度的。人類(lèi)為了統(tǒng)一認(rèn)識(shí)熱度，長(zhǎng)期實(shí)踐中確定了衡量熱度高低的溫標(biāo)，國(guó)際上常見(jiàn)的有：熱力學(xué)溫標(biāo)，又稱(chēng)開(kāi)爾文，符號(hào)表示為“K”；攝氏溫標(biāo)，也叫攝氏度，符號(hào)表示為“℃”；華氏溫標(biāo)，也叫華氏度，符號(hào)表示為“℉”。
熱力學(xué)溫標(biāo)是國(guó)際絕對(duì)溫標(biāo)，是科學(xué)研究中用得最多的溫標(biāo)，其他溫標(biāo)都是以這個(gè)溫標(biāo)為準(zhǔn)的。熱力學(xué)溫標(biāo)1K的間隔與1℃間隔一樣，只是起點(diǎn)比攝氏溫標(biāo)要低273.15度。宇宙最低溫度為熱力學(xué)溫標(biāo)0 K，也叫絕對(duì)零度，對(duì)應(yīng)攝氏溫標(biāo)為-273.15℃，因此0 ℃就等于273.15 K，100℃就等于373.15 K。以此類(lèi)推，熱力學(xué)溫標(biāo)減273.15度就是攝氏溫度。
華氏溫標(biāo)對(duì)應(yīng)熱力學(xué)溫標(biāo)比較復(fù)雜，與攝氏溫標(biāo)的換算為：℃ = 5*（℉-32）／9或°F = (9/5×°C)+32，這樣，0 ℃ = 32 ℉，100 ℃ = 212 ℉。
溫標(biāo)是人類(lèi)衡量熱量高低的標(biāo)準(zhǔn)。
太陽(yáng)光是電磁輻射能量
太陽(yáng)是太陽(yáng)系唯一的恒星，恒星是由熾熱的氣體組成，其能量來(lái)源于核心部分的核聚變反應(yīng)。恒星體積和質(zhì)量都很龐大，比如我們太陽(yáng)體積為地球的130萬(wàn)倍，質(zhì)量為地球的33萬(wàn)倍。巨大的質(zhì)量形成的向心引力壓導(dǎo)致太陽(yáng)核心溫度達(dá)到1500萬(wàn) K，壓力達(dá)到3000億個(gè)地球海平面大氣壓。
在這樣的高溫高壓下，核心的氫原子外圍電子被驅(qū)離了，露出原子核，原子核與原子核就形成了核融合反應(yīng)，就是所謂的核聚變。經(jīng)過(guò)科學(xué)家計(jì)算，像太陽(yáng)這樣質(zhì)量的恒星，核心核聚變每秒鐘有6億噸的氫轉(zhuǎn)化為5.958億噸的氦，其中虧損了420萬(wàn)噸質(zhì)量，這些質(zhì)量就轉(zhuǎn)化成能量。
愛(ài)因斯坦創(chuàng)立的質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量和能量的等價(jià)和相互轉(zhuǎn)化性質(zhì)，其表達(dá)式為：E=MC^2。這里的E表示能量，單位為J（焦耳）；M表示質(zhì)量，單位為kg（公斤）；C為光速，單位m（米）。
根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程計(jì)算，太陽(yáng)每秒鐘虧損的質(zhì)量達(dá)到420萬(wàn)噸，全部轉(zhuǎn)化為能量達(dá)到3.78*10^26J。這是個(gè)什么概念？每噸炸藥爆炸能量為4184000000J，每度電能量為3600000J，也就是說(shuō)太陽(yáng)每秒鐘釋放的能量相當(dāng)9億億噸炸藥爆炸能量，或者10500億億度電。
全世界現(xiàn)在擁有核彈總量約100億噸當(dāng)量，太陽(yáng)每秒釋放的能量相當(dāng)全球核彈同時(shí)爆炸總能量的900萬(wàn)倍；全球現(xiàn)在發(fā)電總量約30萬(wàn)億度，太陽(yáng)每秒釋放能量相當(dāng)現(xiàn)在全球發(fā)電總量的350萬(wàn)倍，也就是350萬(wàn)年的發(fā)電量總和。
太陽(yáng)的這些能量是以電磁輻射的方式源源不斷地釋放到太空，我們地球可以接收到其22億分之一，就相當(dāng)于1000萬(wàn)座三峽大壩的發(fā)電總量，相當(dāng)每秒鐘有3000個(gè)廣島原子彈同時(shí)爆炸的威力。
電磁輻射就是“光”
電磁輻射的傳播媒介是光子，因此電磁輻射從某種意義上來(lái)說(shuō)就是光。但這個(gè)光是廣義的光，包括可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光。我們通常說(shuō)的光，是人類(lèi)肉眼可見(jiàn)的光，人類(lèi)就是通過(guò)可見(jiàn)光來(lái)看到世間的一切的，沒(méi)有這個(gè)可見(jiàn)光，人眼就是一抹黑，什么也看不到。
但現(xiàn)在人類(lèi)可以通過(guò)射電、射線(xiàn)等設(shè)備儀器，看到不可見(jiàn)光，如無(wú)線(xiàn)電波（包括長(zhǎng)波、中波、短波、微波）、紅外線(xiàn)、紫外線(xiàn)、X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)等等，由此就對(duì)這個(gè)世界了解的更透徹更深刻了。
不同的光波長(zhǎng)和頻率不一樣，波長(zhǎng)越長(zhǎng)頻率越低能量也越低；波長(zhǎng)越短頻率越高能量越高。可見(jiàn)光波段約在380nm~760nm之間，是復(fù)合光，可分為紅橙黃綠青藍(lán)紫等，紅光波長(zhǎng)最長(zhǎng)，能量最低；藍(lán)紫光波長(zhǎng)最短，能量最高。所以有些賣(mài)眼鏡的，就打出防藍(lán)光護(hù)眼的賣(mài)點(diǎn)，就是這個(gè)道理。
無(wú)線(xiàn)電波、紅外線(xiàn)波長(zhǎng)比可見(jiàn)光波長(zhǎng)更長(zhǎng)頻率更低，因此能量更低；紫外線(xiàn)、X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)的波長(zhǎng)一個(gè)比一個(gè)短，頻率一個(gè)比一個(gè)高，因此能量一個(gè)比一個(gè)大。所以紫外線(xiàn)以上頻率的不可見(jiàn)光，對(duì)人體是有傷害的，越短波長(zhǎng)的光傷害越大，這就是照X光不能照久的原因，伽馬射線(xiàn)就更厲害了。
我們知道，光的傳遞是無(wú)須介質(zhì)的，越?jīng)]有介質(zhì)越快，因此光在真空中傳遞最快，每秒鐘約30萬(wàn)千米。太陽(yáng)距離地球約1.5億千米，太陽(yáng)光就是通過(guò)接近真空的太空傳遞到地球的，約8分20秒就能到達(dá)。
電磁輻射在真空度越高的空間傳遞，損失的能量就越小，太陽(yáng)光來(lái)到地球后，能量損失很小，因此可以給地球帶來(lái)溫暖。
在陽(yáng)光照射下太空依然很冷的原因
相信看了前面的鋪墊，大家應(yīng)該對(duì)太陽(yáng)經(jīng)過(guò)太空，太空卻依然很冷；而太陽(yáng)照到地球后，卻能讓地球變熱的原因了吧？對(duì)，正是因?yàn)樘罩袥](méi)有物質(zhì)，因此不會(huì)吸收能量，所以熱不起來(lái)，溫度也就很低了。太空中的粒子越稀少，溫度就越低。
但這種低不會(huì)到絕對(duì)零度，這是因?yàn)樘罩胁⒉皇墙^對(duì)真空，還是有不少粒子存在的。一般來(lái)說(shuō)，宇宙空間平均密度很小，在最真空的地方，每立方米只有1個(gè)粒子。這些粒子吸收恒星發(fā)出的電磁輻射，就會(huì)讓接近真空的太空溫度提升一點(diǎn)點(diǎn)。
在太空中，人們發(fā)現(xiàn)溫度最低的地方是布莫讓星云，只有1.15 K，也就是-272℃；宇宙微波背景輻射約3 K。而在太陽(yáng)到地球的1.5億千米空間，溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有到達(dá)這樣低，這是因?yàn)樵谶@個(gè)空間，太陽(yáng)風(fēng)吹出的帶電粒子很多，距離太陽(yáng)越近越多，溫度越高；越遠(yuǎn)越稀疏，溫度就越低。
到了地球外太空，就每立方厘米只有約10個(gè)粒子左右了，因此溫度低至-250℃以下。這就是太陽(yáng)光雖然經(jīng)過(guò)太空，太空依然很冷的原因。因?yàn)樘?yáng)電磁輻射雖然能量很大，但沒(méi)有物質(zhì)或極少物質(zhì)交換吸收，這些能量沒(méi)有被拉住，就只是經(jīng)過(guò)一下了。
但如果有人在那個(gè)空間暴露，被陽(yáng)光照射的一面就會(huì)很快被烤熟，而背陰面會(huì)被凍得梆硬。這就是陽(yáng)光輻射必須與物質(zhì)交換才會(huì)產(chǎn)生熱量的原因。
陽(yáng)光到達(dá)地球?yàn)樯稌?huì)發(fā)熱呢？
這是因?yàn)榈厍蛴袧饷艿拇髿夥肿?，太?yáng)發(fā)出的電磁輻射能量與大氣層的大氣分子交換，就讓大氣分子活躍起來(lái)，大氣密度越大，氣體分子運(yùn)動(dòng)就越劇烈，溫度就越高。
地球大氣層理論上沒(méi)有嚴(yán)格界限，在10萬(wàn)千米高空，還有大氣分子存在，但已經(jīng)很稀薄了?？茖W(xué)研究一般把大氣層的厚度定為1000千米，大氣越接近海平面，密度越大。在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓溫度為0 ℃時(shí)，海平面大氣密度約1.29kg/m^3，換算成大氣分子約2.6875*10^19個(gè)/cm^3，也就是每立方厘米約2700億億個(gè)大氣分子。
這么多的大氣分子，在光輻射的激發(fā)下，劇烈震動(dòng)，接觸到皮膚當(dāng)然就會(huì)感到溫暖了。如果陽(yáng)光直接照射到人的皮膚或物質(zhì)上，人的皮膚和物質(zhì)密度比大氣大多了，因此熱量溫度就更高。這就是人們冬天喜歡曬太陽(yáng)，夏天喜歡躲在樹(shù)蔭下的緣故。
在大氣層上層的熱層，約海拔300~500千米處，太陽(yáng)能量會(huì)將那里的大氣分子激發(fā)到約2000℃高溫，但由于那里的空氣非常稀薄，密度只有海平面的1000億甚至幾千億分之一，因此是感受不到熱度的，體感溫度只有-100~200℃，因此，如果那里有人只會(huì)被凍得梆硬。
但宇宙飛船或者宇航員在那個(gè)高度，被陽(yáng)光直接照射，表面溫度很快就會(huì)達(dá)到近200℃。這是因?yàn)殛?yáng)光能量與密實(shí)的物體接觸而發(fā)生的能量交換。在海拔越高空氣越稀薄的地方，人或物體受到的輻射就越大，這也是人們爬珠峰，到達(dá)頂峰，雖然很冷，但陽(yáng)光能量更強(qiáng)烈，更會(huì)灼傷皮膚的原因。
地球大氣層對(duì)生物的保護(hù)
我們賴(lài)以生存的地球，正是有了一層濃密的大氣，才保護(hù)了生命，既能得到太陽(yáng)的溫暖和能量，又能夠防護(hù)隔離掉太陽(yáng)輻射的危害。
當(dāng)太陽(yáng)能量輻射到達(dá)地球時(shí)，里面包含著高能輻射的紫外線(xiàn)和X射線(xiàn)，還有一些高能帶電粒子轟擊過(guò)來(lái)，這些高能射線(xiàn)經(jīng)過(guò)地球大氣層，尤其是臭氧層的過(guò)濾，就幾乎都被吸收和反射掉了，只有可見(jiàn)光為主的較低能輻射來(lái)到地球，讓地球萬(wàn)物沐浴在太陽(yáng)光下茁壯成長(zhǎng)。
如果沒(méi)有太陽(yáng)光，地球所有的植物都無(wú)法進(jìn)行光合作用，無(wú)法合成養(yǎng)分供自己生長(zhǎng)并向外釋放氧氣，很快就會(huì)枯萎死亡；動(dòng)物們?nèi)鄙訇?yáng)光，就無(wú)法合成很多身體需要的元素，又沒(méi)有了植物性食物和依靠植物生存的草食動(dòng)物肉類(lèi)食物，也沒(méi)有了依靠草食動(dòng)物肉類(lèi)生存的肉食動(dòng)物肉類(lèi)食物，除了滅絕沒(méi)有第二條路。
但如果沒(méi)有大氣層保護(hù)，生命同樣無(wú)法存續(xù)。月球雖然并非完全真空，那里的大氣分子每立方厘米也有約80000個(gè)，比宇宙空間密度大多了，但比地球上人工制造的一般高真空度還要高很多，只有地球大氣密度的300多萬(wàn)億分之一，因此月球是一個(gè)高度真空世界。
太陽(yáng)照射到月球，那點(diǎn)大氣分子幾乎沒(méi)有阻擋作用，被太陽(yáng)照射到的地方，溫度會(huì)驟升到130℃，背陰處溫度會(huì)驟降到-180℃，是個(gè)冷熱兩重天的世界，而且還隨時(shí)受到宇宙高能能射線(xiàn)的轟擊，由此，那里是個(gè)不毛之地，連一個(gè)細(xì)菌也無(wú)法成活。
我們地球家園，陽(yáng)光哺育著萬(wàn)物，大氣又隔絕了陽(yáng)光過(guò)強(qiáng)能量的傷害，是宇宙中非常稀有的生命樂(lè)園。作為統(tǒng)治這個(gè)樂(lè)園的人類(lèi)，一定要好好保護(hù)這個(gè)美好的環(huán)境，才能夠享受得更長(zhǎng)久。
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