太陽源源不斷發出的巨大能量，經過長途跋涉到達地球，溫暖哺育了億(yi) 萬(wan) 生物，而流經的太空卻沒有一絲(si) 熱氣，據說零下兩(liang) 百多攝氏度。這是一個(ge) 令很多人都疑惑的問題。過去我們(men) 也討論過這個(ge) 問題，今天就從(cong) 另外的角度，更通俗地說一說。

其實這個(ge) 道理很簡單，就是能量要通過物質的吸收轉化，才能夠轉變為(wei) 熱能。沒有物質吸收能量，就沒有熱量。太空幾乎什麽(me) 都沒有，就無法留住能量了。

先了解一下什麽(me) 是“熱”

我們(men) 說的“熱”是指物體(ti) 的冷熱程度，一般用溫度來表示。何謂物體(ti) ？就是物質存在的實體(ti) 。因此熱必須有物質存在，能量與(yu) 物質的交互作用，能量被吸收，才會(hui) 產(chan) 生熱。而所謂“熱”是通過溫度的高低來衡量的，這是人們(men) 從(cong) 宏觀角度對熱和溫度的認識。

從(cong) 微觀方麵來說，物體(ti) 的冷熱程度是由物體(ti) 內(nei) 部分子熱運動的劇烈程度決(jue) 定的，其表現出來的就是溫度這個(ge) 物理量。因此，溫度是物體(ti) 分子運動平均動能的標誌，是大量分子熱運動的集體(ti) 表現，是具有統計意義(yi) 的物理量。

溫度對於(yu) 個(ge) 別分子是沒有意義(yi) 的，也就是說即便個(ge) 別分子熱量再高，也是無法顯示溫度的。人類為(wei) 了統一認識熱度，長期實踐中確定了衡量熱度高低的溫標，國際上常見的有：熱力學溫標，又稱開爾文，符號表示為(wei) “K”；攝氏溫標，也叫攝氏度，符號表示為(wei) “℃”；華氏溫標，也叫華氏度，符號表示為(wei) “℉”。

熱力學溫標是國際絕對溫標，是科學研究中用得最多的溫標，其他溫標都是以這個(ge) 溫標為(wei) 準的。熱力學溫標1K的間隔與(yu) 1℃間隔一樣，隻是起點比攝氏溫標要低273.15度。宇宙最低溫度為(wei) 熱力學溫標0 K，也叫絕對零度，對應攝氏溫標為(wei) -273.15℃，因此0 ℃就等於(yu) 273.15 K，100℃就等於(yu) 373.15 K。以此類推，熱力學溫標減273.15度就是攝氏溫度。

華氏溫標對應熱力學溫標比較複雜，與(yu) 攝氏溫標的換算為(wei) ：℃ = 5*（℉-32）／9或°F = (9/5×°C)+32，這樣，0 ℃ = 32 ℉，100 ℃ = 212 ℉。

溫標是人類衡量熱量高低的標準。

太陽光是電磁輻射能量

太陽是太陽係唯一的恒星，恒星是由熾熱的氣體(ti) 組成，其能量來源於(yu) 核心部分的核聚變反應。恒星體(ti) 積和質量都很龐大，比如我們(men) 太陽體(ti) 積為(wei) 地球的130萬(wan) 倍，質量為(wei) 地球的33萬(wan) 倍。巨大的質量形成的向心引力壓導致太陽核心溫度達到1500萬(wan) K，壓力達到3000億(yi) 個(ge) 地球海平麵大氣壓。

在這樣的高溫高壓下，核心的氫原子外圍電子被驅離了，露出原子核，原子核與(yu) 原子核就形成了核融合反應，就是所謂的核聚變。經過科學家計算，像太陽這樣質量的恒星，核心核聚變每秒鍾有6億(yi) 噸的氫轉化為(wei) 5.958億(yi) 噸的氦，其中虧(kui) 損了420萬(wan) 噸質量，這些質量就轉化成能量。

愛因斯坦創立的質能方程揭示了質量和能量的等價(jia) 和相互轉化性質，其表達式為(wei) ：E=MC^2。這裏的E表示能量，單位為(wei) J（焦耳）；M表示質量，單位為(wei) kg（公斤）；C為(wei) 光速，單位m（米）。

根據愛因斯坦質能方程計算，太陽每秒鍾虧(kui) 損的質量達到420萬(wan) 噸，全部轉化為(wei) 能量達到3.78*10^26J。這是個(ge) 什麽(me) 概念？每噸炸藥爆炸能量為(wei) 4184000000J，每度電能量為(wei) 3600000J，也就是說太陽每秒鍾釋放的能量相當9億(yi) 億(yi) 噸炸藥爆炸能量，或者10500億(yi) 億(yi) 度電。

全世界現在擁有核彈總量約100億(yi) 噸當量，太陽每秒釋放的能量相當全球核彈同時爆炸總能量的900萬(wan) 倍；全球現在發電總量約30萬(wan) 億(yi) 度，太陽每秒釋放能量相當現在全球發電總量的350萬(wan) 倍，也就是350萬(wan) 年的發電量總和。

太陽的這些能量是以電磁輻射的方式源源不斷地釋放到太空，我們(men) 地球可以接收到其22億(yi) 分之一，就相當於(yu) 1000萬(wan) 座三峽大壩的發電總量，相當每秒鍾有3000個(ge) 廣島原子彈同時爆炸的威力。

電磁輻射就是“光”

電磁輻射的傳(chuan) 播媒介是光子，因此電磁輻射從(cong) 某種意義(yi) 上來說就是光。但這個(ge) 光是廣義(yi) 的光，包括可見光和不可見光。我們(men) 通常說的光，是人類肉眼可見的光，人類就是通過可見光來看到世間的一切的，沒有這個(ge) 可見光，人眼就是一抹黑，什麽(me) 也看不到。

但現在人類可以通過射電、射線等設備儀(yi) 器，看到不可見光，如無線電波（包括長波、中波、短波、微波）、紅外線、紫外線、X射線、γ射線等等，由此就對這個(ge) 世界了解的更透徹更深刻了。

不同的光波長和頻率不一樣，波長越長頻率越低能量也越低；波長越短頻率越高能量越高。可見光波段約在380nm~760nm之間，是複合光，可分為(wei) 紅橙黃綠青藍紫等，紅光波長最長，能量最低；藍紫光波長最短，能量最高。所以有些賣眼鏡的，就打出防藍光護眼的賣點，就是這個(ge) 道理。

無線電波、紅外線波長比可見光波長更長頻率更低，因此能量更低；紫外線、X射線、γ射線的波長一個(ge) 比一個(ge) 短，頻率一個(ge) 比一個(ge) 高，因此能量一個(ge) 比一個(ge) 大。所以紫外線以上頻率的不可見光，對人體(ti) 是有傷(shang) 害的，越短波長的光傷(shang) 害越大，這就是照X光不能照久的原因，伽馬射線就更厲害了。

我們(men) 知道，光的傳(chuan) 遞是無須介質的，越沒有介質越快，因此光在真空中傳(chuan) 遞最快，每秒鍾約30萬(wan) 千米。太陽距離地球約1.5億(yi) 千米，太陽光就是通過接近真空的太空傳(chuan) 遞到地球的，約8分20秒就能到達。

電磁輻射在真空度越高的空間傳(chuan) 遞，損失的能量就越小，太陽光來到地球後，能量損失很小，因此可以給地球帶來溫暖。

在陽光照射下太空依然很冷的原因

相信看了前麵的鋪墊，大家應該對太陽經過太空，太空卻依然很冷；而太陽照到地球後，卻能讓地球變熱的原因了吧？對，正是因為(wei) 太空中沒有物質，因此不會(hui) 吸收能量，所以熱不起來，溫度也就很低了。太空中的粒子越稀少，溫度就越低。

但這種低不會(hui) 到絕對零度，這是因為(wei) 太空中並不是絕對真空，還是有不少粒子存在的。一般來說，宇宙空間平均密度很小，在最真空的地方，每立方米隻有1個(ge) 粒子。這些粒子吸收恒星發出的電磁輻射，就會(hui) 讓接近真空的太空溫度提升一點點。

在太空中，人們(men) 發現溫度最低的地方是布莫讓星雲(yun) ，隻有1.15 K，也就是-272℃；宇宙微波背景輻射約3 K。而在太陽到地球的1.5億(yi) 千米空間，溫度遠遠沒有到達這樣低，這是因為(wei) 在這個(ge) 空間，太陽風吹出的帶電粒子很多，距離太陽越近越多，溫度越高；越遠越稀疏，溫度就越低。

到了地球外太空，就每立方厘米隻有約10個(ge) 粒子左右了，因此溫度低至-250℃以下。這就是太陽光雖然經過太空，太空依然很冷的原因。因為(wei) 太陽電磁輻射雖然能量很大，但沒有物質或極少物質交換吸收，這些能量沒有被拉住，就隻是經過一下了。

但如果有人在那個(ge) 空間暴露，被陽光照射的一麵就會(hui) 很快被烤熟，而背陰麵會(hui) 被凍得梆硬。這就是陽光輻射必須與(yu) 物質交換才會(hui) 產(chan) 生熱量的原因。

陽光到達地球為(wei) 啥會(hui) 發熱呢？

這是因為(wei) 地球有濃密的大氣分子，太陽發出的電磁輻射能量與(yu) 大氣層的大氣分子交換，就讓大氣分子活躍起來，大氣密度越大，氣體(ti) 分子運動就越劇烈，溫度就越高。

地球大氣層理論上沒有嚴(yan) 格界限，在10萬(wan) 千米高空，還有大氣分子存在，但已經很稀薄了。科學研究一般把大氣層的厚度定為(wei) 1000千米，大氣越接近海平麵，密度越大。在1個(ge) 標準大氣壓溫度為(wei) 0 ℃時，海平麵大氣密度約1.29kg/m^3，換算成大氣分子約2.6875*10^19個(ge) /cm^3，也就是每立方厘米約2700億(yi) 億(yi) 個(ge) 大氣分子。

這麽(me) 多的大氣分子，在光輻射的激發下，劇烈震動，接觸到皮膚當然就會(hui) 感到溫暖了。如果陽光直接照射到人的皮膚或物質上，人的皮膚和物質密度比大氣大多了，因此熱量溫度就更高。這就是人們(men) 冬天喜歡曬太陽，夏天喜歡躲在樹蔭下的緣故。

在大氣層上層的熱層，約海拔300~500千米處，太陽能量會(hui) 將那裏的大氣分子激發到約2000℃高溫，但由於(yu) 那裏的空氣非常稀薄，密度隻有海平麵的1000億(yi) 甚至幾千億(yi) 分之一，因此是感受不到熱度的，體(ti) 感溫度隻有-100~200℃，因此，如果那裏有人隻會(hui) 被凍得梆硬。

但宇宙飛船或者宇航員在那個(ge) 高度，被陽光直接照射，表麵溫度很快就會(hui) 達到近200℃。這是因為(wei) 陽光能量與(yu) 密實的物體(ti) 接觸而發生的能量交換。在海拔越高空氣越稀薄的地方，人或物體(ti) 受到的輻射就越大，這也是人們(men) 爬珠峰，到達頂峰，雖然很冷，但陽光能量更強烈，更會(hui) 灼傷(shang) 皮膚的原因。

地球大氣層對生物的保護

我們(men) 賴以生存的地球，正是有了一層濃密的大氣，才保護了生命，既能得到太陽的溫暖和能量，又能夠防護隔離掉太陽輻射的危害。

當太陽能量輻射到達地球時，裏麵包含著高能輻射的紫外線和X射線，還有一些高能帶電粒子轟擊過來，這些高能射線經過地球大氣層，尤其是臭氧層的過濾，就幾乎都被吸收和反射掉了，隻有可見光為(wei) 主的較低能輻射來到地球，讓地球萬(wan) 物沐浴在太陽光下茁壯成長。

如果沒有太陽光，地球所有的植物都無法進行光合作用，無法合成養(yang) 分供自己生長並向外釋放氧氣，很快就會(hui) 枯萎死亡；動物們(men) 缺少陽光，就無法合成很多身體(ti) 需要的元素，又沒有了植物性食物和依靠植物生存的草食動物肉類食物，也沒有了依靠草食動物肉類生存的肉食動物肉類食物，除了滅絕沒有第二條路。

但如果沒有大氣層保護，生命同樣無法存續。月球雖然並非完全真空，那裏的大氣分子每立方厘米也有約80000個(ge) ，比宇宙空間密度大多了，但比地球上人工製造的一般高真空度還要高很多，隻有地球大氣密度的300多萬(wan) 億(yi) 分之一，因此月球是一個(ge) 高度真空世界。

太陽照射到月球，那點大氣分子幾乎沒有阻擋作用，被太陽照射到的地方，溫度會(hui) 驟升到130℃，背陰處溫度會(hui) 驟降到-180℃，是個(ge) 冷熱兩(liang) 重天的世界，而且還隨時受到宇宙高能能射線的轟擊，由此，那裏是個(ge) 不毛之地，連一個(ge) 細菌也無法成活。

我們(men) 地球家園，陽光哺育著萬(wan) 物，大氣又隔絕了陽光過強能量的傷(shang) 害，是宇宙中非常稀有的生命樂(le) 園。作為(wei) 統治這個(ge) 樂(le) 園的人類，一定要好好保護這個(ge) 美好的環境，才能夠享受得更長久。

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