平時我們在房間裡面感到有點冷的時候,就會拿著一把椅子到院子裡晒太陽,當太陽晒在我們身上的時候,我們的身體就不會感到寒冷了,而是產生了溫暖的感覺,這種溫暖是太陽帶來的,因為太陽會發出熱量,而這種熱量是太陽從1.5億公里外輸送到地球的,如果沒有太陽給地球輸送“熱量”,地球就不會有生命誕生,因此太陽輸送的熱量為地球生命誕生和繁衍起到了關鍵作用。
太Sunny照射到地球
在地球我們能夠感受到到太陽帶來的溫暖,可是根據我們所學的知識,如果出了地球大氣層,氣溫就會急劇下降,特別是在距離地球近地軌道的太空中是非常寒冷的,出艙作業的宇航員不僅需要帶著厚厚的氧氣瓶,而且還需要穿著厚重的保暖服,避免在太空被冷死,說到這裡可能就有人感到疑惑了,地球和地球上面的太空都受到太陽熱量的照射,為什麼只有地面有溫度,而出了地球大氣層後的太空就沒有了溫度,而且非常寒冷呢?
宇航服很厚重,因為需要保暖
要弄清楚這個問題,我們必須弄清楚溫度的本質是什麼?說到溫度很多人可能不會想太多,溫度不就是一種冷和熱的現象嗎,溫度高就很熱,溫度低就寒冷,它還有什麼祕密?當然有,我們平時看到或者感到的溫度其實都是一直表面現象,溫度真正的本質是分子在做運動,我們的世界本質是由物質組成的,而物質都是由分子構成的,分子形成固態之後就是物質,而一些沒有形成固態的分子就會漂浮在地球各個角落。
世界是由分子構成的,圖為分子示意圖
比如你一伸手握起來,你手裡就抓了一大把分子,只不過分子和氧氣一樣人類是看不見的,雖然看不見但並不代表它不存在,所謂的溫度就是由這些分子運動產生的,當分子運動得越激烈的時候,溫度就會升高,當分子越靜止的時候,溫度就越低。可能有人會問,分子運動怎麼就能夠產生溫度了呢?因為空氣中到處都佈滿分子,當分子運動的時候,分子與分子的碰撞就會產生熱量,這就是能量守恆定律,動能轉化為熱能,其實就好比你用兩塊石頭對撞,兩塊石頭碰撞的地方就會產生熱量,而分子其實就是縮小版的石頭,數量眾多的分子碰撞在一起就會產生熱量,因此就形成了溫度,而靜止的時候沒有發生碰撞,熱量就不會產生,溫度就很低。
分子熱運動示意圖, 也稱為布朗運動
弄清楚了溫度的本質,我們就會發現,其實地球上溫暖不是太陽帶來的,而是地球自己產生的,太陽只不過起了輔助作用,那麼太陽是如何輔助地球上的分子做加速運動的呢?原來太陽向宇宙發射的光攜帶有大量的光分子,這些光分子是高速前進的,當這些光分子到達地球之後,就會與地球的分子產生激烈碰撞,光分子的運動勢能轉移到地球的物質分子身上,地球分子利用光分子帶來的動能做加速運動,於是分子的碰撞不斷上演,不斷碰撞就產生熱量,熱量出來了溫度就上升了。
太Sunny照射到地球
這其實和我們平時燒水有異曲同工之處,很多人以為水的熱量是火傳給它的,其實水的熱量是自己產生的,燒火的時候,火把熱能傳遞給水分子,水分子做激烈運動,眾多水分子就產生大量熱量,水就慢慢變熱直到沸騰,而沸騰的時候就是水分子運動最激烈的時候,由於水分子運動的非常激烈,有些水分子就會以氣態形式漂浮到空中,這就是為什麼水燒久了就會幹掉,因為水分子在慢慢減少,如果是火把熱量傳遞給水的話,水是不可能被蒸發掉的。
水分子運動產生水溫
當分子運動量小或者不運動的時候,溫度就會下降,在房子裡面、在地下室、在森林溫度都很低,因為沒有光分子的“助攻”,當然在這些地方雖然沒有Sunny,但是分子還是會以一定的速度在緩慢運動著,所以依然會存在一定的溫度,世界上沒有絕對靜止的分子,只有無限接近靜止的分子,當分子達到靜止狀態的時候,也就達到了宇宙最低溫度的極限低溫,這個溫度是-273.15度。
宇宙是真空狀態,很少物質
那麼宇宙為什麼會那麼冷呢?因為宇宙沒有分子啊,那些分子都被恆星、行星等天體引力給吸引住了,宇宙空間都是真空狀態,只有少量的氫原子,而這些數量稀少的原子產生的熱量遠遠沒有地球大量分子產生的熱量多,地球分子的密度是宇宙氫原子的密度幾百倍,這就是為什麼宇宙非常寒冷的原因,因為宇宙中沒有分子在產生熱量,而行星這些天體含有大量物質,擁有豐富物質就意味著擁有大量分子在做運動,所以就產生了大量熱量。