科普探索从太阳系中了解温度的一些冷知识
前 言
我们先看一道"脑筋急转弯"题:太阳温度约为6000度,地球温度约为15度,请问:太阳与地球之间的温度是多少?反应敏捷的人可能立即回答:约3000度!从数学逻辑上,看似正常的,其实却是大错特错!结果却是令人惊讶:零下270度! !如果按照3000度逻辑往下走,现有人类探索宇宙的所有方案都要推翻,需要重新制定,这么高的温度,一千度可以融化黄金,一千五百度可以融化钢铁,这样的条件下,很多金属都会融化,甚至气化,用什么材质的飞船才能穿越啦?宇航员也无须穿厚厚的,带有保温生态系统的宇航服,而应该是厚厚防冻服才对!
从地球向往太阳
太阳系各星球的温度
百度可以查出:太阳表面温度:约6000度 ;水星地表平均温度(摄氏):167 ;金星地表平均温度(摄氏):464 ;地球地表平均温度(摄氏):15 ;火星地表平均温度(摄氏):-65 ;木星地表平均温度(摄氏):-110 ;土星地表平均温度(摄氏):-140 ;天王星地表平均温度(摄氏):-195 ;海王星地表平均温度(摄氏):-200 ;从太阳出发,由内到外,各星体的温度逐渐降低,唯有金星例外,竟然比水星更高!为什么这样啦?因为金星像地球一样,有厚厚的大气层,大气压约为地球的92倍,于此同时,大气中二氧化碳含量高达97%,正由于二氧化碳这种温室气体,带来很强的温室效应引起的气温的持续升高。从上面所有温度,可以看出,太阳系中,除太阳以及各行星都有自己独特的温度特征外,剩余下来的可以说是茫茫宇宙空间,温度基本是统一的:-270度,是的,没错!
太阳系各行星
太阳系就是一个以占据了整个太阳系总质量的99.86%,直径大约有140万公里的太阳为中心,其每秒燃烧500万吨氢的速度,目前已经燃烧大约46亿年,预计还可燃烧60亿年,来维系各行星目前现有的温度,各行星之间却是冰冷的零下二百七十度的宇宙温度!为什么会这样啦?
太阳系及各行星示意图
宇宙温度的理解
要想理解宇宙温度,需要先了解温度,温度只是人类用来描述所能接触到物质的一种物理特征指标,更简单点就是说明物质内部粒子运动的速度特征。我们知道所有的物质都是由分子、原子等粒子构成,而这些粒子通常都是处于运动状态的,科学家发现并定义的温度是这样的,一个标准大气压下,冰水混合物,定义为零度;一个标准大气压下,水沸腾的温度,定义为100度;在这基础上,科学家也发现当让所有粒子处于静止状态时,这就是绝对零度,-273.15度;
温度测试
在这个温度定义的参照下,我们人体温度约37度,当手接触到零度的固态的冰时,冰中水分子运动大大慢于人体分子,就会延缓身体皮肤分子速度,这就是热传递,就是我们认知的"冷",反之则为"热"。
离开地球之上的大气层,向着太阳方向,这1.5亿公里的征途上,绝大部分可以说是宇宙空间,这空间中是处于真空状态的,也就是没有大气,几乎没有分子原子等物质,当然除了宇宙射线、光子穿梭而过之外,也就不存在处于相对静止状态的粒子运动,自然而言,人类的温度定义,在这里也就不存在,或者说没有温度,有的只是宇宙辐射背景,硬要加上人类定义的温度的话,那即是宇宙温度咯,即零下二百七十度左右。
宇宙的温度
宇宙形成与宇宙温度
目前主流观点是奇点大爆炸形成的宇宙。138亿年前,宇宙只是一个拥有无限温度和密度的奇点,在一个普朗克时间达到了普朗克温度,约为1亿亿亿亿度,随着爆炸产生膨胀,诞生了时间和空间,以及还有从纯能量中产生的物质空间,宇宙因为膨胀也开始迅速降温。据说在宇宙大爆炸之后1秒时,宇宙的平均温度降为100亿度,最终形成我们目前的宇宙形态。
宇宙的开端示意图
基于这个事实,主宰宇宙平均温度的根本不是恒星,恒星只是宇宙大爆炸的热残余,恒星的光热对宇宙温度来说,几乎起不到什么加热作用,真正决定宇宙平均温度的只有宇宙微波的背景辐射。与此同时,膨胀后的宇宙,其实整体密度极低,只有大约10^-26千克/立方米。真可谓,这是一个稀疏而又浩瀚的宇宙啊!
膨胀后宇宙温度的示意图
总结与感悟 环看整个太阳系,如果太阳比喻为篝火的话,各行星只是围绕篝火转,被暂时温暖且带着温度的小天体,周围却是冰冷的、真空的、没有生机的宇宙背景辐射,以所谓的宇宙温度存在着!所有的行星,正是由于自己物质的存在,才变得有温度,再加上周边吸附的稀落的空气分子,就如小棉被,才能裹住自己"保暖",在尽情享受太阳暖暖冬日阳光下,而不至于完全置身于冷冷的宇宙温度之中瑟瑟发抖!温度只是人类认识物质,人类本身也是一种物质条件下,认知周边物质的一种表达方式或指标;只有拥有物质,具备物质的原子分子成分,才配拥有人类称之为温度的东东,否则,面对的只有茫茫冰冷的宇宙空间。
有星云与恒星场的宇宙示意图
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