寒冷的冬天來了,涼颼颼的寒風吹在臉上,有點像刀颳得疼,如果你騎個電動車在寒風中,我想,你一定十分懷念夏天的熱浪。
其實,地球之所以有一年四季之分,主要是因為地球圍繞太陽公轉,公轉影響了地球表面,不同區域獲得能量的強度大小和時間長短。
關於太陽地球人眼中的太陽表面十分平靜,每天週而復始的,為人類提供熱量和光照,而實際上,太陽內部的狂熱超過了你的想象。
其實,太陽和地球一樣,也是分層的,由內及外,分別為核心區、輻射區、對流區、光球區、色球區、日冕區,其中光球區以內,統稱為太陽內部,以外稱為太陽大氣。
核心區是太陽最重要的區域,太陽的光和熱都是來自於核心區的核聚變反應,內部燃料氫透過氫原子核(質子)的核聚變反應生成氦-4氦,並釋放大量能量。
核心區每秒鐘有6億噸氫發生核聚變反應,從而讓太陽核心區溫度高達1500萬攝氏度,不過,我們也不要擔心太陽會把燃料燃燒完,科學推測,根據目前太陽大小和成分預估,太陽至少還有50億年的壽命。
太陽內部的核心區、輻射區、對流區,人類透過肉眼是看不到的,人類能夠看到的是太陽的光球層,事實上,我們看到的太陽,是太陽對流層上面的大氣,那是一層不透明的氣體“薄層”,不過,這裡的“薄”是相對於太陽大小來說,其厚度是超過500千米的。
而且,光球層的溫度比核心區低太多,只有5500攝氏度,而且這是平均溫度,還有一個溫度更低的地方,只有4200攝氏度,也就是人類常說的太陽黑子。
人類眼中的太陽,是一個白色或黃白色的球體,實際上,太陽是一個“藍綠色”恆星,因為太陽光的峰值波長為500奈米,正好介於光譜中的綠色和藍色中間區域顏色,所以我們看到的是黃色或者黃白色。
太陽那麼熱,為什麼太空是冰冷的?既然太陽能夠釋放這麼多能量,地球僅分享了太陽能量的22億分之一,就如此暖和,為什麼太空中溫度,卻低達零下270攝氏度,太陽的熱和太空冷怎麼會形成如此大的反差?
前面已經介紹了,太陽溫度很高,表面溫度達到5500攝氏度,而且太陽能量也釋放出來了,為什麼太空溫度仍然很低。
解釋這個原因之前,先了解下溫度,初中物理課本告訴我們溫度的定義,宏觀上,溫度是表徵物體冷熱程度的物理量,微觀上來講,溫度是物體分子熱運動的劇烈程度。
我們取名太空,那太空的“空”字告訴我們,太空中的粒子少得可憐,舉個例子:一勺空間(1立方厘米)太空僅有一個原子,然而地球上一勺空間包含1000億個空氣分子。
一個原子,在空間中就算再劇烈距離運動,也不會有多大能量,所以稀薄的太空溫度僅有3K(-270℃)左右,要知道0K(-273℃)粒子就停止運動了。
月球裸睡,地球有棉被在月球上,白天溫度高達120攝氏度,晚上溫度零下170攝氏度,晝夜溫差達到300攝氏度,而且月球離地球距離最近,單位面積接收的太陽輻射能量,在理論上應該是差不多的,但溫度與地球卻是天壤之別。
這也就解釋了太空冷的原因,簡單來說,就是月球表面沒有大氣層,相當於直接裸睡在太空中,白天,月球表面能夠吸收太陽輻射能,溫度很快上升到100攝氏度以上,而到晚上,月球表面接收不到太陽光,因此溫度很快就降下來了。
而地球就不一樣了,地球有大氣層,我們可以形象地稱其為“棉被”,這個棉被均勻地包裹著整個地球,地球就像處於溫室中一樣,白天太陽光照耀在大氣層上,大氣層反射了一部分太陽光,地球溫度不會過高,另一部分太陽光以短波形式穿過大氣層,讓地表溫度增加,晚上,地球表面向外輻射能量,地表溫度不高,主要是以長波為主,而這些長波無法穿過大氣層,因此地表溫度不會損失太多,這就是地球棉被的作用。
假如太陽立刻消失,地球能撐幾秒假設,春天的早上,地球表面溫度為15℃,年輕人正在努力工作,孩子們在操場上玩,此時,后羿突然出來,把最後一顆太陽射下來了,那接下來地球會發生什麼呢?
那天空立馬會由陽光明媚的白天變為漆黑的夜晚,沒了陽光的照耀,地表開始慢慢下降,不過地球有棉保暖。
在太陽消失12個小時後,地表平均溫度(不是大氣溫度)下降到14.3℃,這時候人類還是能夠應付沒有陽光的日子,這主要得益於地球大氣層的保溫作用,以及海洋也儲存了一些能量。
太陽消失48小時後,地表平均溫度下降到14℃,陸地已經基本上變成冰天雪地。
加州理工學院任職行星科學教授David Stevenson表示,失去太陽後的一週,地表平均溫度將會達到了-17.8℃,一年後溫度將會繼續下降,地表溫度將達到-73.33℃,此時,整個地球表面全部被冰雪覆蓋,在這麼低的溫度下,地球上幾乎沒有任何一個生物可以抵抗。
不過,由於海洋表面被凍住形成一個隔絕冷氣的冰層,在海洋千米以下的深水區不會凍結。
因此,經歷百萬年以後,地球將最終達到一個相對穩定的-240℃。
寫在最後太陽照射的地方,並不是因為太陽光的溫度高,而是太陽光讓周圍粒子運動加劇,讓溫度上升,地球表面分佈大量粒子,而遙遠的太空物質密度很低,所以整個太空溫度很低。