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太陽表面溫度5500度,都把地球曬熱了,為什么日地之間卻冷冰冰?

陽光是地球的主要能量來源

按照目前的主流理論,我們知道,6500萬年前,有一次小行星撞地球?qū)е铝丝铸埖臏缃^。但實際上,恐龍不是在小行星撞擊地球的那一刻就滅絕了。而是持續(xù)了很久,這是因為,小行星撞擊地球激起了大量的煙塵,遮蔽了陽光,沒有了陽光,植物無法光合作用,植物數(shù)量大量減少,生物能獲取的能量大量減少,導(dǎo)致許多大型食草恐龍滅絕,由于能量大幅度減少,食肉恐龍也就滅絕了。

由此可見,陽光對于地球生命的重要性。地球表面的主要能量來源都來自于太陽。但不知你想過一個問題沒有?太陽內(nèi)核達到了1500萬度,表面達到了5500度,陽光可以把地球曬熱,但偏偏日地之間的宇宙空間卻是接近于絕對零度的,那這到底是咋回事呢?

今天,我們就來聊一聊這個話題。

太陽核聚變反應(yīng)

不知道你想過沒有,太空中明明沒有氧氣,為什么太陽還可以持續(xù)的燃燒?

實際上,太陽的燃燒不同于我們在地球上的燃燒。太陽的燃燒說白了是“壓出來的”。為什么這么說呢?

這是因為在宇宙中質(zhì)量是決定一個天體的關(guān)鍵因素,質(zhì)量達到太陽質(zhì)量8%以上的天體大概率就會形成一顆恒星,小于這個質(zhì)量的,基本上只能是一顆行星。而恒星一般質(zhì)量都十分巨大,就拿太陽來說,太陽的質(zhì)量占據(jù)了整個太陽系總質(zhì)量的99.86%以上。

質(zhì)量越大,引力就越大。太陽在引力的作用下,內(nèi)部的溫度急劇升高,這就使得太陽內(nèi)部的物質(zhì)狀態(tài)成為了等離子態(tài),所謂的等離子態(tài)是指原子中的電子獲得了足夠大的能量,擺脫了原子核的束縛,開始自由移動。因此,太陽內(nèi)部其實是一堆原子核、電子、光子到處亂串。

這時候原子核和原子核就有可能發(fā)生合并,也就是核聚變反應(yīng)。不過,這里其實還存在這個問題,那就是原子核是帶正電的,同種電荷相斥。因此,想要讓兩個原子核發(fā)生核聚變,實際上是需要克服靜電斥力的。

說白了就是需要足夠大的能量,但是太陽的溫度其實不足以點燃氫原子核的核聚變反應(yīng)。我們都知道氫彈也是利用氫原子核的核聚變,但要點燃一顆氫彈至少需要1億度。而太陽內(nèi)核的溫度只有1500萬度,這是遠遠低于反應(yīng)條件的。

不過好在,在微觀世界中存在著一種量子隧穿效應(yīng),意思是說,即使是沒有輸入足夠大的能量,這個反應(yīng)也是可能發(fā)生的,只不過概率極其低,對于一對氫原子核而言,大概需要十億年才能發(fā)生一次反應(yīng)。

不僅如此,只是依靠量子隧穿效應(yīng)也是不夠的,在這個反應(yīng)中第一步就需要讓兩個參與反應(yīng)的氫原子核,說白了就是質(zhì)子,一個變成中子,這其實是需要弱相互作用參與的,而這個反應(yīng)也是小概率事件。

但是太陽由于足夠大,即使再小的概率能夠促使反應(yīng)發(fā)生。但是由于這兩個原因,導(dǎo)致太陽不會像氫彈那樣一下子全炸了。

而是非常緩慢地進行氫原子核的核聚變反應(yīng),能量也是逐漸釋放出來。而整個過程其實分為三個階段,最終反應(yīng)前后會損失一部分質(zhì)量,這部分質(zhì)量以能量的形式釋放出來,每產(chǎn)生3個光子,就會伴隨著2個中微子的產(chǎn)生。簡而言之,就是4個氫原子核核聚變,產(chǎn)生了氦-4原子核,并釋放出大量的能量。

太陽的能量就是來自于這個核聚變反應(yīng)。這些能量會向四周擴散,體量十分巨大。如果把太陽單位時間內(nèi)的總輻射量比喻成錢,那太陽大概往太空中撒了70萬億人民幣,但地球接到的也就是3萬塊左右,而被人類用上的也就是三塊左右。

那太陽釋放的能量如此巨大,為什么日地之間的太空還是接近于絕對零度呢?

日地之間的太空為什么如何寒冷?

要了解這個問題,我們就得先來了解一下什么是溫度?

從經(jīng)典物理學出發(fā),我們從微觀世界來理解溫度,就能夠搞懂這個問題。溫度的微觀解釋是微觀粒子熱運動的劇烈程度。

我們都知道,物質(zhì)都是由粒子構(gòu)成,但粒子其實并不是固定不動的,而是到處亂晃的。當這些粒子熱運動的越劇烈,溫度越高;粒子的熱運動越不劇烈,溫度就越低。

這里其實涉及到統(tǒng)計學的問題。那其實是基于整體定義的問題,所以,我們用的是粒子的平均動能來描述。平均動能越高,溫度越高,平均動能越小,溫度就越低。

但是我們要知道的是,統(tǒng)計是建立在足夠的粒子數(shù)之上的,而如今的宇宙密度極其低,這個程度大概是一立方米當中只有不到一個氫原子的水平(近似)。這樣低的密度,根本體現(xiàn)不出溫度來,而當太陽發(fā)出的光子在宇宙?zhèn)鞑r,這些光子并不會被太空中的粒子大量俘獲,主要就是因為粒子數(shù)太少了。而地球可以接受太陽輻射,主要的原因就是地球的粒子數(shù)足夠多。

所以,日地之間的太空根本無法吸收太陽的能量,但同時由于它的粒子數(shù)實在太少,也無法體現(xiàn)出能量來。

宇宙微波背景輻射

我們常常認為太空的溫度是絕對零度,這其實也是不準確的。實際上,太空的溫度大概要比絕對零度高2.72度。這個溫度其實來自于宇宙大爆炸的余溫。按照目前的主流理論,宇宙起源于138億年前的一次大爆炸。

大爆炸早期的溫度特別高,大概是1.4*10^32度(1.4億億億億度)。然后隨著宇宙的膨脹,溫度逐漸下降,后來到了宇宙大爆炸后的38萬年,溫度降到了3000度,宇宙從原本像是一鍋粒子粥的等離子態(tài),開始變得逐漸透明,電子被原子核所俘獲,光子在開始在宇宙中傳播。

最早的這批在宇宙中傳播的光子成為了遍布宇宙的背景輻射,被我們稱為宇宙微波背景輻射,目前隨著宇宙的膨脹,宇宙微波背景輻射已經(jīng)下降到了2.72K。我們目前還可以利用探測器探測到宇宙微波背景輻射的存在。

這也成為了天文學家手里的必備資料。也就是說,由于宇宙微波背景輻射的存在,宇宙并不是絕對零度的,而是略微高于絕對零度的。

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