冰冷的太阳

太阳可能是小盆友们学会画的第一个对象，万物生长靠太阳嘛，画上花花草草的同时总会左上角或者右上角画上一个光芒四射的太阳！确实连小朋友都知道，地球上的热量几乎都来自太阳，它对人类太重要了！9358d109b3de9c82ec7f96f17c81800a19d843b1但有一个问题很多朋友可能都有点糊涂，很多电影中都有这样的桥段，比如《复仇者联盟》中的乌木喉掉到太空就冻成了冰坨坨，为什么地球都晒烫了，太阳和地球之间的太空却冰冷无比？为什么我们会感觉到温度？知冷知热是我们对伴侣最低的要求，当然这包含了多层含义，毕竟只要人体功能正常，这个物理意义上的冷热还是知道的，人体的知觉中就包括温度，它的保证我们远离冰冷和酷热，靠近温暖舒适的地方，这意味着物种的生存与延续！9d82d158ccbf6c81c02d4396ac3eb13533fa40b1皮肤神经末梢结构到底什么才是温度？这个答案就曾经是十八世纪科学家想要弄明白的，开始他们提出了热质说，认为热质是一种无质量的气体，物体在吸收热质后温度会升高，热质会由温度高的物体向温度低的物体流动，也可以穿过固体或液体的孔隙！810a19d8bc3eb13577ddd8c5b61ea8d3fd1f44b1后来伦福德伯爵在观察加农炮的钻孔操作时发现了摩擦生热，因此提出了《探讨摩擦生热之来源》的论文。同时气体运动理论也在发展，1738年丹尼尔·伯努利发表著作《流体力学》，认为气压是大量气体分子向四周运动碰撞形成了气压，而热就是分子运动的动能！d0c8a786c9177f3e352e937360cf3bc79f3d56b11744年罗蒙索夫明确提出热就是分子无规则运动的表现，1859年，麦克斯韦在克劳修斯工作的基础上，提出了分子麦克斯韦速度分布率。1871年，玻尔兹曼推广了麦克斯韦的工作，提出了麦克斯韦–玻尔兹曼分布，但到此时分子运动论仍然只是假设，一直到1905年爱因斯坦的布朗运动论文发表后才被广泛接受！4610b912c8fcc3cea3daa64d8245d688d43f20b1绝对零度和普朗克温度我们现在知道，温度就是微观粒子运动的结果，当然随着量子力学的发展，温度还有更本质一些的解释，物体为什么越来越热之后我们会看到它暗暗发红，继续加热会红光、白光甚至蓝紫光，其实这就是热辐射波段不一样！d53f8794a4c27d1eba3c54ba0bd5ad6eddc438b1SR-71发动机试车核外电子在吸收能量跃迁到更高的轨道后，会因为不稳定而跌落回原来轨道，这个过程会释放出不同频率的光辐射，低的时候热辐射波段比较长，放出的是红外或者红光，能量高的时候波段比较短，放出的是白光甚至蓝光，当然继续加热还可以紫外和X光等。1ad5ad6eddc451daefec6395a6fd5266d01632b1温度就是微观粒子运动的结果，那么会出现两个推论，如果微观粒子绝对静止，物体就会表现最低的温度，这就是绝对零度，如果用摄氏表示的话就是-273.15℃，但宇宙永远都达不到这个温度，即使未来的热寂！那么当微观粒子运动速度达到光速时，这个温度就是普朗克温度！38dbb6fd5266d0167a03f156872bd40735fa35b1因为狭义相对论告诉我们，粒子运动速度不可能超过光速，而我们也无法达到这个速度，只有在宇宙大爆炸那一刹那才可能会是这个温度，宇宙曾经达到过，但不知道维持了多久，因为那会还没时间可以计量！5366d0160924ab18e20c8e4925fae6cd7b890bb1为什么太空是冰冷的？我们先简单来了解下温度传递的几种方式，传导、对流和辐射，太阳和地球之间则只能通过辐射来传递，前文了解了温度的本质，那么可以来分析下太空为什么会是冰冷的！aa18972bd40735fa9eea21c78e510fb30f2408b1温度的本质是微观粒子的运动，所以温度它需要一个载体，也就是物质的微观粒子运动，太空中理论上就是真空，所以根本就不存在所谓的微观粒子，因此用温度来形容纯粹的太空是不合理的！d043ad4bd11373f0062500e1b40f4bfbfbed04b1黄道光（黄道面尘埃反射光）但在太阳系中的太空，仍然有大量的宇宙尘埃，再不济还有太阳因为辐射驱动的大量高能质子，不过这些无法和地球上即使是空气的中的分子相提并论，差了N个数量级，因此对于太空我们可以有这样一个结论，太空中的粒子温度都很高，因为会受到阳光中各种辐射的激发，但它们却无法表现出宏观的温度，因为总量太少，就像地球大气层的热层，温度很高，但却仍然非常寒冷！faedab64034f78f07b11f58d69310a55b3191cb1太空中到底是冷的还是热的？一个没有微观粒子的区域，无法用温度来衡量，这个上文中我们都已经解释过了！但人体在太空中仍然会结冰，这到底是怎么回事？8b82b9014a90f603e8aaf3392912b31bb051edb2这是因为太空是基本真空的原因，人体有水分，真空下水分快速蒸发会带走大量的热，最终温度迅速降到冰点以下，当然朝着太阳那侧会吸收太阳辐射，可能会出现焦黑状，失水加上强烈的辐射，皮肤犹如烧焦了一样！b21bb051f8198618945d80fa5aed2e738bd4e6b2另外一个原因是辐射方式也会散热，如果太空中丢一个铁块，它没有水分，无法通过蒸发来降温，如果没有太阳辐射给它能量的话，它会逐渐向四周辐射能量，一直到和宇宙微波背景辐射一致，因为在空无一物的太空，也有微波背景辐射照耀着它，大约是2.725K，所以这个铁块不会到绝对零度！延伸阅读：太阳的热量来自哪里？太阳是一颗黄矮星，它的发光原理是中心的氢核聚变！在二十世纪发现核聚变以前，甚至科学家都搞不清楚太阳为什么会发光，因此还提出了很多可爱的假说，比如烧煤的，或者重力收缩，或者小行星撞击等多种不靠谱的假说！8ad4b31c8701a18b2df17d318e2f07082838feb21920年时候爱丁顿提出了太阳可能从轻核聚的过程中获得能量，后来伽莫夫解决了太阳大小质量中的氕氕通过量子隧穿效应聚变成氘继而发生核聚变的理论突破，之后就是汉斯贝特解决了质子链反应和碳氮氧循环，因此到上世纪四十年代时，科学家基本搞清楚太阳发光的原因了！b999a9014c086e06a8b2503512087bf40ad1cbb2太阳这样的黄矮星，由于温度不够中心氦元素积累到一定时会突然燃烧而发生氦闪，未来也因为中心温度增加燃烧速度增加，发生膨胀，这就是未来红巨星的原因，最后它可能会吞了地球，不过在它吞地球之前，那强烈的光辐射早就将地球烧成一个火球了！

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