太陽和地球之間的宇宙那麼冷,熱量是怎麼傳到地球的?

小兒女



熱量是太陽釋放出的一種能量形式,通過輻射進行傳播,這就是為什麼地球能感受到太陽的熱量。

什麼是熱量?

這個問題似乎不言自明,但是如果真的深入挖掘,“熱量”的概念遠非“溫度計測量的東西”。在日常生活中,當感覺溫度很高時,我們就會說某物發出“熱量”,或者我們也會說空氣被全球變暖等效應“加熱”。

然而,“熱量”的最基本定義是什麼呢?

熱量是一種能量形式,它是來自構成物體粒子的熱運動。粒子做永不停歇的無規則運動,彼此互相撞擊和反彈。這些粒子運動和撞擊的越快,那物體也越熱。

當使用熱源加熱物體時,實際上就是提高粒子的平均動能,從而提高其整體溫度。


熱傳遞

熱量的傳遞有三種方式:熱傳導、熱對流和熱輻射。

當兩個物體彼此接觸時,就會發生熱量交換,這就是熱傳導。這是最重要和最常見的熱傳遞方式,其本質是兩個物體中粒子之間的能量轉移。

另一方面,熱對流使指通過流體(例如空氣、水等),熱量從一個地方傳遞到另一個地方。

由於很多熱傳遞過程都是以熱傳導和熱對流的形式,因此很容易誤認為這些是傳遞熱僅有的兩種方式。

通過輻射的熱傳遞


第三種傳熱方式,也是使地球能獲得太陽熱量的方式,那就是熱輻射。在太空中,雖然幾乎沒有任何粒子(使其成為近乎完美的真空),但是存在輻射,當與物體碰撞時,輻射被轉換成熱量。

輻射不僅加熱地球上的物體,而且還包括那些不在地球上的物體,例如國際空間站、月球和太陽系的各種天體。

太陽通過核聚變反應源源不斷地釋放出大量的能量,然後通過電磁波在太空中傳遞。太陽釋放出的輻射跨越整個電磁波譜,其中包括紅外線、紫外線和X射線。


當然,太陽還發射出位於可見光譜範圍內的電磁波,這也正是為何我們可以看到太陽!

由於電磁波的傳播不需要介質,這意味著它們可以穿過真空。因此,我們能看到太陽,也能感受到太陽的熱量。太陽輻射由無質量的能量包——光子——組成。光子自由地穿行在宇宙空間,而當它們撞到物體時,物體就會吸收光子。光子的能量傳遞給物體,物體的能量增加,然後就被加熱。

除此之外,地球的大氣層可束縛住50%的太陽熱量,防止其逃逸到太空,使地球保持溫暖。

所以,關於熱量怎麼可能會在真空中傳遞的這個問題很好回答:不是“熱量”在真空中傳播,而是不需要介質就能傳播的電磁輻射!


時空通訊


上海科技報科普問答主持人:主任記者 吳苡婷

太陽的熱量並不是通過我們普通人想象的熱傳導的模式來到地球的,而是通過電磁波輻射的模式傳遞的,所以可以不通過介質傳導,可以輕易地通過真空傳遞熱量。

我們先來科普一下什麼是熱量,熱量並不僅僅是我們所感覺到的炎熱。它是一種能量形式,當我們感覺到物體表面很熱的時候,是因為它內部的粒子在發生著劇烈的熱運動,他們彼此不斷地撞擊和反彈。這些運動發生的越快,物體表面就越熱。

自然界,熱量傳遞的模式有三種,熱傳導、熱對流和熱輻射。

熱傳導需要物體與物體之間的接觸,從本質上看,熱傳導是由物質中大量的分子熱運動互相撞擊,而使能量從物體的高溫部分傳至低溫部分,或由高溫物體傳給低溫物體的過程。我們使用熱水袋、電熱毯就是這樣的原理。

熱對流在我們的氣候中,出現得比較多,是指熱量通過流動介質,由空間的一處傳播到另一處的現象,在氣象學上,溫差導致了大氣對流,造成很多不同的天氣狀況的發生。在海洋洋流中,熱對流也是造成大洋環流的原因之一。

熱輻射是遠距離傳熱的主要方式,不需要任何介質在其中發揮作用。我們的太陽是一個不斷進行核聚變的巨大能量聚集地,它向四周不停息地發射著各種波長的電磁波,這些電磁波包括X射線、γ射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線等,波長範圍覆蓋了從X射線到無線電波的整個電磁波譜。其中很多對人體有害的電磁波被地球大氣層擋住了。


科壇春秋精選


太空和我們身邊環境之間的區別

這個問題的關鍵是,熱量究竟是什麼東西,弄清楚這個問題,再談熱傳遞的三種方式。也就是說,我們得弄清楚太空和我們身邊環境之間的區別,才能知道為什麼說“宇宙那麼冷”。

我們經常說“太陽帶給我們光和熱”,其實嚴格來說,這二者是一回事兒,因為熱就蘊含在陽光裡,光本身就是能量,而且是純之又純能量形式(當然,愛因斯坦質能方程已經統一了能量和質量這兩個概念)。

陽光即能量,陽光包含太多的成分,不僅僅是可見光,還有很多不可見的成分。比如熱效應最明顯的其實紅外線,我們坐在火爐旁邊感到熱烘烘的,主要就是紅外線從爐子輻射到了我們身上。而且紅外線就是天文學家赫歇爾在測量陽光熱效應的時候發現的。好了,我們現在知道了光,是一種電磁波,或者我們更廣義地把電磁波都叫做“光”,你可以叫紅外光、紫外光、X光、伽馬光,都行。

電磁波跟我們日常生活中所見到的其他波動形式不同。比如聲音,也就是聲波,傳遞起來必須有介質,比如空氣。抽走了空氣,你就聽不到聲音了。比如宇宙中有很多爆炸,但宇宙空間大多數是真空,我們夜晚看星空覺得寂靜無比,這就是那些聲波穿不過來。

可電磁波,奇怪,它傳播起來不需要介質,在真空裡就能傳播,因為它本身就是一個能量包,既是粒子,也是波動。所以陽光可以從太陽經歷我們之間的真空來到地球,“帶給我們光和熱”。

真空環境本身呢?因為它是真空,留不住人才……留不住能量。所以從衡量溫度的方法來說,它是極低溫的,接近絕對零度。你測量溫度的時候,必須是遮擋住陽光的。所以對於航天器來說,向陽面,能夠接受到陽光的能量被烤熱;反之,不朝向太陽的方向上,就是低溫。所以航天器就得時常翻一翻身體,保證受熱相對差別不太大。

所以,這個問題涉及到了熱、光、測量溫度本身。尤其是對於光的本質的理解,是19、20世紀重大的科學進步。在我們身邊的這些問題,都很有趣,也能帶我們去深入理解科學。


松鼠老孫


太陽和地球之間的宇宙就是行星際空間了,非常冷,溫度接近於絕對零度,這裡的溫度與宇宙的溫度基本接近、有知道光在真空環境中沒有熱效應,當太陽光照射地球,光的輻射能被地球上的物質吸收,從而發生熱效應。這就是太陽光照的由來,由於物體吸收的輻射能不同,產生的溫度也不同,這樣熱量就成功傳導了被照射的物體上。太陽產生的熱量來自氫核聚變,熱輻射可通過電磁波向外傳遞能量,由於地球與太陽之間巨大的距離,那麼這是一種熱輻射效果,由於光與熱是同一種東西,也就是光的熱效應。

太陽表面溫度可達到5000攝氏度,內部溫度為1500萬攝氏度,如此高溫的環境是太陽源源不斷釋放出熱量的原因。在地球表面和軌道上接受到的光照有些不同,經過大氣層的遮擋和屏蔽之後,熱效應的效率會降低。但是在軌道上,熱效應就非常明顯了,同一個物體的正面和背面的溫差就很大 ,正面可達到上百攝氏度,背面就是零下,這就需要材料的抗溫差範圍較大,傳統的材料已經無法滿足需求。這與月球表面是一個道理,在沒有光照的情況下,溫度直降到零下,有光照的地方就是高溫。當然,如果探測器直接飛入太陽,那麼不用多久就已經氣化掉,不用說距離恆星太近,就是足夠遠的位置,也會因為光的熱效應導致無法繼續生存下去。


川陀太空


太陽和地球之間的宇宙那麼冷,並不能影響太陽通過光輻射和粒子輻射將熱量傳到地球!

首先,太陽之所以可以給地球提供持續不斷的能量,就是由於太陽光輻射。這種輻射連續存在、週期性、永遠延續。因而使地球總能獲得能量,從而可以生機勃勃。至於題主所說的太陽和地球之間比較冷的問題,這不是問題。就像冬天的時候,你在中午也可以感受太陽的溫暖。傳播介質的溫度只會影響傳播效率,但是隻要熱源夠強,還是可以將熱量送達!

其次,太陽還可以通過粒子輻射,不定期給地球送能量獎金。

相比光輻射像工資一樣,永遠延續,粒子輻射則像獎金,它只能是偶然發生、持續時間也長短不一。但是由於單次能量較強,也對地球的溫度會產生較大影響。

總之,太陽通過持續的光輻射和偶然的粒子輻射,給地球以能量,傳播路徑的冷並不能影響這一過程!


地震博士


眼前的冷不是冷,你說的熱是什麼熱?

要想回答這個問題倒也不難

熱量傳遞有三種方式:熱傳導、熱對流、熱輻射(小學自然知識,即使忘了看字面應該也能猜出來咋回事)

其中前兩項都需要介質,而宇宙可以認為是真空的,所以指望前兩種方式是靠不住了,因此傳遞方式只能是熱輻射。

但是這個問題牽扯到了很多熱力學概念,要想弄明白,還必須把這些概念好好捋一捋:

既然說到冷熱,首先來明確下溫度的概念:我們平時所說的溫度是是衡量分子熱運動劇烈程度的物理量。

按照這麼來說宇宙的溫度是沒法測量的,因為沒有物質也就談不上動能。

但是呢,任何物體只要溫度高於絕對零度就會將自身的能量以輻射的方式散發出去,並且溫度越高,波長越短,根據這個原理也可以定義溫度。

於是人們通過測量宇宙背景輻射的方式來得到宇宙的背景溫度約為2.73°K(-270.42°C),可以說是相當冷了。

根據這個道理,即便是太陽到地球的空間裡充斥著大量的輻射,也都只能算在太陽的頭上,宇宙還是可憐的2.73°K。

溫度與熱量顯然是兩個概念,都說冰淇淋熱量高,但它溫度又是低的。

熱量或者說能量是衡量做功能力大小的物理量。上面已經說明了太陽的能量是以輻射的形式傳遞給地球的,輻射能轉化為地球上粒子的動能,從而使得地球的溫度升高。當然地球在擁有了能量之後也會不停地散發輻射,過程如下:

輻射=>內能=>輻射

而地球能保持一個相對穩定的溫度很大程度上是靠大氣的逆輻射,本來要飄散到宇宙空間的能量被大氣層生生擋了回來。如果沒有大氣逆輻射,地球上最熱的地方應該是珠穆朗瑪峰,但實際上那裡是一片冰雪世界。

沒有大氣層的月球的向陽面可以達到123°C,而背陰面會降到-233°C。

感謝大氣層救命之恩!

以上。


包大人玩科學


熱量傳遞有三種方式——輻射、傳導和對流。在自然界中,這三種方式常常混在一起,這樣就造成一些誤解,所以下面我們把它們分開來講講。

輻射是說光子或者其他粒子打到被輻射的物體上,引起物體溫度的升高。典型的例子就是炎炎夏日,如果站在烈日下,會被曬的很慘,這裡面的曬就是來自太陽的陽光輻射的效果。陽光不僅會曬傷皮膚,還會把柏油路面曬化,把井蓋曬得可以煎雞蛋。但是我們常說的氣溫以及感受到的悶熱的空氣,卻不是太陽輻射導致的。不信的話,你可以站到樹蔭下,或者打一把100%遮光的大傘,看看是不是還能感受到氣溫的熱度?

這種氣溫的升高主要就是傳導和對流的效果了,和輻射這種可以跨越億萬光年的方式不同,傳導和對流這兩種加熱方式受到空間的限制,主要對熱源附近的區域內比較有效,而且需要介質的幫助。比如靠近地表的空氣更容易被加熱,海拔每升高100米,氣溫平均會下降0.6度,這樣一來夏天去山上或者高原避暑就成為了很多人的選擇;而到了民航客機飛行的萬米高空,機艙外的氣溫常常是零下幾十度,寒冷程度堪比南極了。

回到題主的問題,太陽和地球的距離很遠,兩者中間的行星際空間很空曠,是什麼給了地球溫暖?答案就是太陽光(電磁輻射)。

宇宙浩瀚無垠,個人水平有限。如有疏漏,請多指教。


喬小海


題主的題設就值得商榷——太陽和地球間的宇宙空間很冷嗎?

我們知道,熱的東西和冷的東西放在一起,整體上,會有熱量從熱的部分「流到」冷的部分。反過來,判斷一個東西是不是很冷,也要與一個參照物做比較才能得出結論。

在生活中,我們可以說,「今天的氣溫是三十攝氏度」,這指的是當地空氣的溫度。也就是氣體的溫度,我們的體溫比三十度高,所以我們會相空氣散發熱量。而地球與太陽之間的空間,卻不是全然的真空——其中充滿了高溫的「光子氣」,光子氣的溫度可以由統計力學嚴格定義,但這裡可以用一個不太嚴格的方式,大致展示一下光子氣的溫度。

我們假設在地-日之間的某一處,放置了一個小球,並可以測量這個球的溫度。那麼,這個球溫度穩定的時候,周邊光子氣的溫度就大致如此(因為物體的形狀會影響平衡時的溫度)。而一個最為明顯的「球」,就是地球。我們可以將地球維持當前溫度的事實,看作是地球與周邊光子氣的一種熱平衡。也就是說,地球的溫度可以看作是和光子氣源源不斷地進行熱交換而維持的。

從另一個角度來看,「熱」是如何從太陽傳到地球來的呢?首先,我們需要知道,所謂「熱」,就是能量。光子攜帶能量,與其他粒子相互作用,比如被電子吸收,等等,光子本身就消失了,而能量則傳遞到了這個粒子上。而從宏觀來看,這些粒子的動能增加,就是所謂「變熱」。


章彥博


簡單粗暴的回答下,熱傳遞的三種方式:熱傳導,熱對流,熱輻射。宇宙空間近似於真空,只能通過熱輻射來傳遞熱能。



不懂的話再往下看。

熱從溫度高的物體傳到溫度低的物體,或者從物體的高溫部分傳到低溫部分,這種現象叫做熱傳遞.
熱傳遞是自然界普遍存在的一種自然現象.只要物體之間或同一物體的不同部分之間存在溫度差,就會有熱傳遞現象發生,並且將一直繼續到溫度相同的時候為止。


發生熱傳遞的唯一條件是存在溫度差,與物體的狀態,物體間是否接觸都無關.熱傳遞的結果是溫差消失,即發生熱傳遞的物體間或物體的不同部分達到相同的溫度。


在熱傳遞過程中,物質並未發生遷移,只是高溫物體放出熱量,溫度降低,內能減少(確切地說是物體裡的分子做無規則運動的平均動能減小),低溫物體吸收熱量,溫度升高,內能增加.因此,熱傳遞的實質就是內能從高溫物體向低溫物體轉移的過程,這是能量轉移的一種方式。


熱傳遞有三種方式:傳導、對流和輻射。


傳導熱從物體溫度較高的部分沿著物體傳到溫度較低的部分,叫做傳導。


熱傳導是固體中熱傳遞的主要方式.在氣體或液體中,熱傳導過程往往和對流同時發生.各種物質都能夠傳導熱,但是不同物質的傳熱本領不同.善於傳熱的物質叫做熱的良導體,不善於傳熱的物質叫做熱的不良導體.各種金屬都是熱的良導體,其中最善於傳熱的是銀,其次是銅和鋁.瓷、紙、木頭、玻璃、皮革都是熱的不良導體.最不善於傳熱的是羊毛、羽毛、毛皮、棉花、石棉、軟木和其他鬆軟的物質.液體中,除了水銀以外,都不善於傳熱,氣體比液體更不善於傳熱。


對流靠液體或氣體的流動來傳熱的方式叫做對流.
對流是液體和氣體中熱傳遞的主要方式,氣體的對流現象比液體更明顯。


利用對流加熱或降溫時,必須同時滿足兩個條件:一是物質可以流動,二是加熱方式必須能促使物質流動。


輻射熱由物體沿直線向外射出,叫做輻射。

用輻射方式傳遞熱,不需要任何介質,因此,輻射可以在真空中進行。


地球上得到太陽的熱,就是太陽通過輻射的方式傳來的。


一般情況下,熱傳遞的三種方式往往是同時進行的.


例釋一 根據熱傳遞三種方式的特點,分析有關熱傳遞問題:


題1 下列事例中,熱傳遞的主要方式是哪種?
(1)爐子上燒水使整壺水都變熱.
(2)夏天喝飲料,把冰塊放入飲料中降溫.
(3)冬天在爐子旁取暖.
(4)把金屬勺放在熱湯中,勺把會燙手.


題(1)中爐子燒水使整壺水都變熱,主要是對流方式起作用.
題(2)中冰塊放入飲料中,飲料通過傳導的方式把熱傳給冰,冰吸熱
熔化,接著整杯飲料通過對流達到相同溫度.

題(3)中在爐子旁取暖,主要是輻射傳熱.
題(4)中金屬是熱的良導體,湯將熱傳給勺後,通過傳導的方式使勺把變熱。


題2 冬天落在田裡的雪,能保護越冬作物不致凍壞,這是由於雪和雪下方不流動的空氣都是熱的,防止了,覆蓋著的雪使它上下方的空氣不能發生,同時銀白色的雪又能防止熱的.雪和空氣都是熱的不良導體,它們可以防止熱傳導;雪又阻止其下方的空氣和上方的空氣間發生對流;銀白色的雪又能防止土壤中熱向外輻射。


例釋二 根據熱傳遞的特點,防止或利用熱傳遞。


題3 冬天為保暖穿棉衣、羽絨衣.夏天為防止冰棒熔化,用棉被把冰棒裹起來.試分析其中的道理。


棉花、羽絨都是熱的不良導體,棉花及羽絨中間的空隙裡有不流動的空氣,空氣也是熱的不良導體.冬天,穿上棉衣可以防止身上的熱通過傳導的方式散發出去,同時也防止了熱的對流.夏天,用棉被包裹棒冰,是防止空氣中的熱通過傳導和對流傳給冰棒,避免冰棒的熔化。


例釋三 根據熱傳遞的特點,設計合適的利用熱傳遞的方法.


題4 房間裡的暖氣片應裝置在房間的上部還是下部,為什麼?


暖氣片應裝置在房間裡的下部.裝置暖氣片的目的是為了使整個房間裡的空氣都熱起來,要使空氣熱,必須通過對流的方式才能達到目的.為形成空氣對流的條件,必須使暖氣片從房間的下部加熱空氣,空氣變熱後密度變小,這樣熱空氣上升,冷空氣下沉,形成對流,使整個房間裡都熱起來.


行路難真難


本題,涉及空間的概念,還是很有難度的。其實在問:太陽輻射的電磁波,是否有被深太空的暗物質所吸收?

我認為,電磁輻射的光子,在深太空旅行的歷史長河中(遠超137億年),會與空間暗物質作用,不斷耗散、不斷降頻,最終淪落為,極低溫的暗物質量子,引力紅移(本該叫光子紅移)與微波背景(2.725K)就是證據。

太陽輻射,主要是電磁輻射,由於日地間的行程僅1.5億公里,僅約8分鐘,就到地球了,紅移很弱。再者,太陽系的深太空太大,即便所有的陽光被吸收,微弱升溫,怕也難以覺察。所以,太陽能在相應輻射面,幾乎全部到達地球大氣上界。相比之下,天狼星也是太陽,離我們太遠了,耗散太多,到達地球的光能就少而弱了。

學子們,應該滿腦子數據,否則學問走不遠:Data bring you far。以下的最好記住。世界氣象組織(WMO)1981年公佈的太陽常數值是1368瓦/米2。地球大氣上界的太陽輻射光譜的99%以上在波長 0.15~4.0微米之間。大約50%的太陽能在可見光譜區(波長0.4~0.76微米),7%在紫外光譜區(波長<0.4微米),43%在紅外光譜區(波長>0.76微米),最大能量在波長 0.475微米處。由於太陽輻射波長較地面和大氣輻射波長(3~120微米)小得多,所以通常又稱太陽輻射為短波輻射,稱地面和大氣輻射為長波輻射。太陽活動和日地距離的變化等會引起地球大氣上界太陽輻射能量的變化。太陽輻射通過大氣,一部分到達地面,稱為直接太陽輻射;另一部分為大氣的分子、大氣中的微塵、水汽等吸收、散射和反射。被散射的太陽輻射一部分返回宇宙空間,另一部分到達地面,到達地面的這部分稱為散射太陽輻射。到達地面的散射太陽輻射和直接太陽輻射之和稱為總輻射。太陽輻射通過大氣後,其強度和光譜能量分佈都發生變化。到達地面的太陽輻射能量比大氣上界小得多,在太陽光譜上能量分佈在紫外光譜區幾乎絕跡,在可見光譜區減少至40%,而在紅外光譜區增至60%。


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