
金星能够感觉到太阳的火热,但这是为什么呢?(图片来源:NASA, SDO, AIA/Flickr. , CC BY)
提问:如果太空是真空的话,热量如何穿越太空?-来自英国诺维奇的10岁的Katerina的问题。
这个问题很棒!
开始时,为了明白热量是什么,你必须明白我们所能见到和触碰的一切都是由叫做原子的粒子组成的。原子太小了你甚至无法看见(除非动用特殊的设备),但它们构成了宇宙中的一切物体。
如果某个东西很热,就表示它的原子有巨大的能量并且在周围跳跃。如果某个东西很冷,它的原子就只有很少的能量,基本上不动弹了。
的确,太空是真空的,这表示只有很少的物体漂浮在周围。但太空并不是彻底的真空。即使排除掉恒星、行星和彗星之类的大物体,太空里依然不是完全的真空。
实际上,太阳一直在向我们的太阳系喷射物质,就是我们所说的太阳风。这也是产生极光这种美丽光线的原因之一。
但是太阳风的密度是很低的,比如它的原子数量就比空气还要低很多很多。这表示太阳风并不能携带很多热量,也不能解释太阳为什么能够照热地球。
热量传播的方式一共有三种:热传导、热对流和热辐射。让我们一个一个来思考,就能知道热量是通过哪一种途径穿过太空的了。
热传导
热传导就是科学家所说的通过接触来传递热量的方式。如果你触碰到了一个热的物体,热量就从它身上传到了你的手中。相反,如果你触碰了一个冷的物体,热量就从你传到它身上了。
像金属一类的材料拥有良好的导热性。其他的像玻璃这样的材料则导热性很差这类材料被称为绝缘体。
热量也可以通过多步进行传导。比如,如果你拿着一个金属汤匙放在一大杯热茶里,热量可以从茶水传导到汤匙上,再从汤匙传导到你的手上。

热量从茶传导到你身上。(图片来源:Rawpixel/Unsplash., FAL)
但我们并没有触碰到太阳(这也是件好事——要知道太阳的表面温度超过5000˚C!)。而且太空也是真空的,没有什么东西可以像汤匙一样在空间中传导热量。所以我们可以先排除热传导这条途径了。
热对流
对流是热量在流体中的传递方式。气体和液体都可以进行热对流。带着热量和能量的原子可以从热的区域流动到冷的区域。
如果你曾经坐在一个开始变冷的浴缸里,再打开热水龙头,你能感觉到热水从水龙头流动进浴缸里。
热的原子和冷的原子会互相碰撞,通过传导来共享它们的热量,直到浴缸达到一个平均的温度。
但由于太空是真空的,也没有液体或者气体将太阳的热量对流出来到地球上。因此我们也能排除热对流了。
热辐射
像太阳这样热的物体,甚至我们人类自己的身体,都会散发热量。当物体的原子运动和振动时,它们散发,或者叫“辐射”出电磁能量——这被称为“热辐射”。
不同种类的电磁能有有着不同的光谱范围,其中的一些是我们能够看见的:它们构成了“可见光”的彩虹。还有些以我们看不见的形式存在,比如我们的身体所辐射的红外线以及我们用于加热食物的微波。
与传导和对流不同,辐射并不需要其他的物体作为介质传递热量。能量从太阳辐射出来,以光速穿过太空中的真空。当能量到达地球时,一些能量就传递到了大气层的气体之中。
一些能量穿过大气加热地球表面的原子。其中的一些甚至被你的皮肤所吸收。
地面吸收了太阳的辐射,也能让它自己开始释放热量。其中的一些通过热传导传递出来,比如夏天海滩上的沙子会灼伤你的脚。一些通过风和洋流进行对流,还有一些通过热辐射进入大气层,甚至传回太空。
作者:Nathan Case
翻译:林志鹏
审校:罗广桢
引进来源:the Conversation

本文来自:环球科学
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