為什麼太陽光到達地球能感覺到光和熱,而太陽光經過的宇宙太空卻是黑暗和寒冷的?

煙花易冷842


先說明一下,光其實就是電磁波,說白了也是一種能量,但必須有物體吸收光這種能量,才能發揮光的作用,感受到光和熱!

在地球上,物質到處存在,首先最重要的就是大氣層,它吸收同時也反射了太陽光,大氣層就像一層厚厚的棉被保護著地球,讓地球表面溫度不至於上升下降太快!

而當太陽光照射到地面上時,同樣的道理,各種物體幾乎都要吸收光線,同時也會發射光線,這也是為什麼白天地球上如此明亮和暖和的重要原因!

而在浩瀚的星際空間,幾乎空無一物,極少量的氣體塵埃也可以忽略不計,認為就是虛空。沒有物質吸收反射太陽光,太空中當然是黑暗和好冷的!

這就像你在太空中打開手電筒照向前方,你是看不到手電筒的光線的,因為沒有任何光線反射進你眼睛裡,除非你把手電筒對著自己的眼睛照射!這也是為什麼未來的太空旅行肯定不會用光來照明!


宇宙探索


其實題目本身已經給出了答案。

光要想加熱物體,需要和物質發生相互作用,也就是題目裡面說的“太陽光

到達地球能感覺到光和熱”。

太空中的環境接近真空,真空的意思是同樣的體積內沒有多少物質,也就沒有多少加熱,絕大部分太陽光只是”經過“太空,所以就給人一種空曠寒冷的感覺。

不過,如果放一大塊板子在太空中,當太陽光“到達”,被擋住沒法“經過”也太不好“返回”的時候,就會加熱這塊板子。

月球表面沒有大氣,也可以看成是太空。如果把前面的板子換成月球表面,就可以解釋為啥月球上白天(被太陽曬到)的溫度可以達到近兩百度。

我們平時在路上看到對面來的人,會根據和對方的關係而做出不同的行動。完全不認識的就直接走過去,認識又不打算現在聊天的就打個招呼再走過去,認識又有事情想聊的就站住慢慢聊。

類似的,光和物質相遇的時候,什麼時候“經過”,什麼時候“到達”,什麼時候“返回”,取決於光和物質的“關係”如何(發生什麼樣的相互作用)。

有時候光會“經過”物質,有時候光會“返回”,有時候光會“到達”並加熱物質(引號表示這些說法主要是比喻,並不是嚴格的科學解釋)。

太陽光是電磁波,光的這種加熱方式叫輻射,光又叫做電磁輻射。

除了輻射以外,還有兩種加熱方式,分別叫傳導和對流。

燒水的時候,從側面可以看到爐火很明亮,而且能感覺到熱度,這就是輻射(Radiation)加熱。

燒開了的水在鍋裡咕嘟咕嘟地翻滾就是對流(Convection)在起作用,對流的時候物質會有運動,比如鍋底的水溫度高,會向上運動,把熱量帶到上層,冷卻之後又向下運動,這樣一運動起來,水就在鍋裡不停的翻滾了。

↓三種熱傳遞機制的示意圖,圖自培生教育、richhoffmanclass↓

如果拿鍋的時候不小心碰到了鍋邊,被燙了一下,這種”碰到被燙到“就是傳導(Conduction)在搗亂,傳導不像對流那樣有翻滾運動,所以碰了一下之後,不會發生混合,手還是手,鍋還是鍋。

現在我們把三種方式都算進來,看一看光從太陽到地球都做了什麼。

太陽光從太陽上發出,經過茫茫太空,只會有非常非常小的輻射加熱,所以那旮旯的太空雖然離太陽近,反而很冷。

↓地球的能量預算示意圖,可以看到地表吸收的太陽輻射比大氣吸收的要多,圖自NASA↓

然後太陽光就來地球了,陽光穿過地球大氣的時候,會有一小部分的輻射加熱,還有一部分被反射回太空,剩下的陽光主力會到達地面,給地面加熱。

接下來地面再通過傳導給靠近地面的空氣加熱,靠近地面的空氣接過加熱的接力棒,用傳導和對流給更高處的空氣加熱,所以夏天有時候地面熱得可以攤雞蛋,往高處氣溫則變低。

通常來說,地球上海拔每升高100米,氣溫下降0.6度,所以海拔兩千米的山頂會可能比山下溫度低12度。有句詩叫“人間四月芳菲盡,山寺桃花始盛開”。山下如果是35度的大熱天,山頂可能是23度左右的宜人溫度,所以有人會跑去山上避暑。

如果一直往高走,到了浩瀚太空,則可以體驗零下兩百多度的極端“涼爽”。

如果您有感想,請留言多指教。


喬小海


關於這個問題,需要來了解一下光。光是電磁輻射,這是能量的一種形式。當光子與物體接觸時,它們多多少少會被物體吸收一部分,於是,獲得光能的物體就會變熱。另一方面,光具有不同的存在形式,例如,無線電波、紅外線、可見光、X射線,它們的區別在於波長不一樣。人的眼睛只能看到特定波長的電磁輻射,這被稱為可見光。

地球表面被一層大氣所覆蓋,空氣中存在著各種微粒。太陽光的主要組成為紅外線、可見光和紫外線,當太陽光照射到地球上時,紅外線的一部分會被二氧化碳等其他吸收,紫外線會被臭氧吸收,而大部分可見光則會穿透大氣到達地面,它們與物體發生相互作用,從而把熱量轉移給物體。通過上述熱輻射過程,地球就會變熱。

太陽發出的可見光穿過大氣時會發生散射作用,並且它們在到達地面時還會被地表上的物體反射。這些過程可以使地球上充滿可見光,從而把地球照亮。

另一方面,太空是空蕩蕩的,其中的粒子密度極低,可以認為是真空的。太陽光在太空中穿行時,不會被反射、散射和吸收,所以宇宙看起來是黑暗的,並且也不會被加熱。太陽光最終會到達地球,使地球變熱變亮。


火星一號


太空裡基本上啥都沒有,靠什麼來感受到溫度?靠每立方厘米的那幾顆原子嗎?肯定不行,溫度是大量的原子、分子熱運動的集體表現,有著統計意義,你這幾顆原子算是怎麼回事。就好像地球的熱層一樣,雖然粒子運動的非常劇烈,導致溫度很高,但如果人置身於那種環境中的話,還是會被凍死。

太空中幾近真空,永遠都是正對著太陽一面酷熱,背對著太陽一面嚴寒。在哪個星球上都是如此,地球即便有大氣層保溫,白天黑夜也得相差個七八度總要有的吧。

而在沒有大氣層的月球上,白天零上一百多攝氏度,黑夜零下一百多攝氏度,截然相反。

太陽傳遞光與熱是靠電磁輻射的方式,光也是一種電磁波,在量子力學中,用光量子來描述傳遞的那一份份能量,即E=hv,所以,我們能夠感受到熱量,是因為周圍的環境氣體分子或者是你的皮膚直接吸收了光量子的能量,所以,我們才得以感受到熱。

在太空中,幾乎啥都沒有,因此沒有環境溫度這一說。而黑暗的原因也正是因為如此。

予人玫瑰,手有餘香!


一枚遊戲科幻迷


太陽距地球平均距離約為1.5億公里,而這段距離的宇宙空間溫度只有-270度,可見太陽並沒有加熱這段路途。


我們感覺到太陽的溫暖並不是通過熱傳導來加熱的,而是通過光輻射形式來作用到物體表面。地球和太陽之間是真空狀態,根本不能通過熱傳導來加熱。

如果太陽是通過熱傳導加熱地球的,那麼地球將不會有寒冷,溫度會越來越高。太空十分廣闊,被太陽光照射的地方才有溫度,而沒有照射到的地方溫度極低,能被照射到的地方和廣闊的太空相比實在是太小了,這一點點熱量會迅速分散。因為地球之類的某些行星有大氣層,大氣層起到了很好的保溫效果,太陽光的能量除了一小部分被反射和利用之外,都被大氣層儲藏起來。


所以在沒有大氣層的月球上,白天溫度可達160多度(當然是月表溫度),夜晚會迅速降到-180度。至於為什麼太空看起來背景是黑的,就算是太陽圓盤以外不遠的地方,背景也是黑的。這也和大氣的存在有關係。
大氣不僅起到保溫作用,它還有一個漫反射的原理,這個大家在初中物理都有學過,不在贅述。


紅色天空0312


這圖是錯的,你知道嗎?

“太陽光到達地球才能感覺到光和熱,而經過的宇宙,太空還那麼黑暗,寒冷。”造成這種感覺的原因很簡單,我們可能錯誤的以為太陽很大的樣子,而我們又可能錯誤地低估了我們現在已經可觀察的時空到底有多大。

面對總時空,“巨大的”太陽不過是一粒塵埃;就算在它的引力場所掌控的空間範圍內,它也僅僅就是一個沒有尺寸的質點。

造成這種錯誤感覺的原因在於,我們的地球相比太陽就已經有點小了,太陽表面的一個“黑子”就比地球大一些。如果考慮太陽到地球的尺度,畫一個等比例尺度的平面圖的話,太陽是個籃球,地球也就是個兵乓球。而且,由於是按比例的,籃球和乒乓球需要放置在幾公里遠的地方,我們才能正確地表達這種個體間與距離尺度同時符合的情況。也就是我們通常看到的太陽系模擬的圖像或示意圖,沒有一個是按實際比例畫的,否則紙不夠大,地球被忽視看不清楚了。也就是說,如果按照尺度比例,我們看見的這些圖都是錯誤的。

現在別說太陽了,說太陽系。太陽系僅僅是銀河系其中一條旋臂上的一個點。也就是銀河系的模擬照片中,太陽系是一個點,還得用字標出來,否則,你找不它在哪。這你知道,銀河系有多大了吧。

而銀河系又是總星系的一個點,總星系又是超總星系的一個點。這就是現在我們能夠看到的時空範圍。面對這樣的範圍,星際旅行的話,太陽系在哪,你都容易找不到,更別說太陽了。

至於太陽的光輝,照到冥王星已經吃力了,至於冥王星之外的太陽引力場部分,這又是乒乓球與籃球的比例,陽光根本無法抵達那裡已經衰竭了。彗星那個冰坨哪來的?奧爾特雲,冥王星之外。

在地球上能夠感受到光,是因為距離太陽剛剛好,不遠不近的,適合生物生存。但是能夠感覺熱,是因為有大氣層這個棉被,否則,和月亮表面一樣,沒大氣層,晚上就是零下100多度了,這被窩就有點涼快了。面對太陽系這個尺度,太陽那個氫彈天天在炸,形成的陽光也如大海里面的一泡尿,影響不大的。地球的溫度,是大氣層用了幾十億年的溫度積累,達到與外界接近絕對零度的背景溫度的熱置換的一種平衡,才有地球現在這個溫度的。太陽現在提供的這點能量,是保持這個平衡用的。當然,前提是這棉被不能少!

整個已經觀察的總時空,最初形成的總能量,讓這個總時空有了一個背景溫度,也僅僅比絕對零度高了幾度而已。太陽想加熱太陽系這個太空,待它變成中子星或者黑洞坍塌爆炸的時候,也許能給太陽系這個範圍的溫度提高兩度,不過很快就會被消散掉的。

所以,尺度、量的正確認識是正確理解這個問題的關鍵。


霹靂火76228767


陽光散發出無數光子,光子就是光量子,無靜質量,在真空中以光速c 運行,是一種玻色子。


好了,打住,不說這些繞口的專業名詞了。先說結論,陽光之所以能讓 你感受到光和熱,是因為這些光子與你發生反應了,產生了能量的交換 傳遞。 稍微解釋一下,太空雖然是黑暗又寒冷,但是你要知道,黑暗是就是因 為沒有光子經過,而寒冷,是因為太空是一個真空的環境(理想狀態) ,沒有任何物質去作為溫度的參考或是發生熱傳遞,所以對一個絕對的 真空環境談論溫度是沒有意義的。而陽光為什麼能通過“寒冷”的太空 而不發生損失?我們都知道,熱傳遞有三種形式,熱傳導、熱對流和熱 輻射。前兩種是需要有介質參與的,而熱輻射是物體由於具有溫度而輻 射出電磁波的現象,一切溫度高於絕對零度的物體都會產生熱輻射,溫 度越高,輻射出能量就越大。

而光也是一種電磁波,在真空環境下是不 會損失能量的,直到到達地球,到達你的身上,一部分可見光波段光子 通過直射或反射到你的眼睛中,眼中的感光細胞受到這些光子的刺激, 反饋到大腦經過處理就是你看到的色彩絢麗的世界。而更多的光子以不 同波段的電磁波的形式(如紅外波段)來帶給你能量。你之所以感到溫度上升是因為光子的能量被你吸收了,而在真空中是沒有什麼物質去吸收光子 的能量的。

而我們的太陽,體積大約是地球的130萬倍,質量是地球的33萬倍,核 心處溫度高達1500萬度。每天釋放出的能量是非常巨大的。看一下有多 大。

地球只是接受到了非常小的一部分,就讓這個世界變得如此豐富多彩, 孕育出了人類這種智慧生物。


清明的星空



我們之所以能在地球上感受到溫度的變化,就是因為地球上有足夠多的原子和分子,它們在不停的運動中,運動越劇烈溫度就越高,理論上來說如果所有原子和分子都停止振動,那麼溫度就是絕對零度了。

而太陽光經過的宇宙空間中原子數量是非常稀少的,每立方厘米只有幾個原子甚至更少,相比之下地球每立方厘米的原子簡直比沙子還多,所以宇宙空間之所以那麼寒冷,就是因為原子分佈太少了只有幾個原子在振動,溫度則需要巨量的原子分子振動才能被觀測到。

太陽光一路上只是“經過”太空,因為太空中的原子數量不足以產生溫度,只有少的可憐的原子在兢兢業業的振動,所以太空中的溫度達到了零下二百多度。

而太陽光到到達地球后立馬讓地球上的原子分子產生了振動,太陽光穿過地球大氣層後便開始了給地表加熱,地表的熱量有傳導給周圍的空氣,這些空氣又通過對流給更高的空氣加熱,地球整體的環境溫度就上去了。

至於宇宙空間有無數顆恆星而又這麼黑,則是因為宇宙本身一直在膨脹,遠處的光慢慢衰減最後變成我們看不見的微波,並且宇宙空間內有很多星際塵埃,也在一定程度上阻礙了光的傳播。

溫度是原子分子的振動產生的,要是沒有原子和分子那麼也就沒有溫度了,宇宙空間則是因為原子分子數量太少,不足以產生溫度。


宇宙探索未解之迷


答:這裡有一個常識性的認知錯誤,我們說太空是寒冷,與溫暖的太陽光穿過太空後,到達地球並無矛盾。


我們說某個空間處於某個溫度,指的是:這個空間內的微觀粒子(主要是原子、分子和離子等等,不包含光子),無規則熱運動的平均動能!



於是我們就可以進行分析:

1、太空中基本處於真空狀態,微觀粒子的密度極低,而且這些粒子發出的熱輻射極少,顯得太空中的溫度極低,甚至接近絕對零度;

2、物體向著太陽一面,能夠接收到太陽的熱輻射,而且輻射能量非常高,這些光子照射到物體上後,會加熱物體表面,宏觀現象就是向著太陽一面溫度高;



兩者並無矛盾,太空溫度取決於空間內的微觀粒子,和穿過太空的光子並沒有直接聯繫,這是兩個不同的概念。

好比我們在電磁爐和鍋底墊一張紙,然後電磁爐把鍋裡的油加熱到幾百度,但是中間的紙張溫度並不高,是一樣的原理,而這個紙張就相當於我們討論的太空。


這也造成,人造地球衛星,在向著太陽一面溫度高達100℃以上;而揹著太陽一面,卻低於-100℃。




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艾伯史密斯


溫度對應分子的運動能量,太空沒有分子,是沒有溫度的。不能用寒冷形容太空,更不是絕對零度。

準確的說,太空寒冷是一種感覺,而不是溫度。冷熱由身體散熱程度決定,夏天同樣溫度的空氣,不流動時很熱,流動成風就很涼爽,因為空氣流動有助於人體散熱。在太空中,寒冷的感覺是因為人體輻射的熱量多,接受的熱量少,也不見得比跳進冰水中冷多少。

陽光是能量,只有被物質吸收轉化為分子能量才能提高溫度,太空不具備這種條件。曬天陽的時候,把太陽光吸收轉化為熱量,才會感覺到溫暖。太空中並沒有物質吸收陽光,就像河上游有很多魚,魚從中游過,如果中游的人不抓也不會有魚吃。



應該慶幸太空不吸收陽光,否則到達地球的陽光大大減少,太空熱了,地球就要涼了。其實也不要認為太空寒冷,如果我們在太空中,陽光就可以被我們吸收,也是不會感覺寒冷的。


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