太陽源源不斷發(fā)出的巨大能量，經(jīng)過長途跋涉到達(dá)地球，溫暖哺育了億萬生物，而流經(jīng)的太空卻沒有一絲熱氣，據(jù)說零下兩百多攝氏度。這是一個令很多人都疑惑的問題。過去我們也討論過這個問題，今天就從另外的角度，更通俗地說一說。

其實這個道理很簡單，就是能量要通過物質(zhì)的吸收轉(zhuǎn)化，才能夠轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。沒有物質(zhì)吸收能量，就沒有熱量。太空幾乎什么都沒有，就無法留住能量了。

先了解一下什么是“熱”

我們說的“熱”是指物體的冷熱程度，一般用溫度來表示。何謂物體？就是物質(zhì)存在的實體。因此熱必須有物質(zhì)存在，能量與物質(zhì)的交互作用，能量被吸收，才會產(chǎn)生熱。而所謂“熱”是通過溫度的高低來衡量的，這是人們從宏觀角度對熱和溫度的認(rèn)識。

從微觀方面來說，物體的冷熱程度是由物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動的劇烈程度決定的，其表現(xiàn)出來的就是溫度這個物理量。因此，溫度是物體分子運(yùn)動平均動能的標(biāo)志，是大量分子熱運(yùn)動的集體表現(xiàn)，是具有統(tǒng)計意義的物理量。

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

熱力學(xué)溫標(biāo)是國際絕對溫標(biāo)，是科學(xué)研究中用得最多的溫標(biāo)，其他溫標(biāo)都是以這個溫標(biāo)為準(zhǔn)的。熱力學(xué)溫標(biāo)1K的間隔與1℃間隔一樣，只是起點(diǎn)比攝氏溫標(biāo)要低273.15度。宇宙最低溫度為熱力學(xué)溫標(biāo)0 K，也叫絕對零度，對應(yīng)攝氏溫標(biāo)為-273.15℃，因此0 ℃就等于273.15 K，100℃就等于373.15 K。以此類推，熱力學(xué)溫標(biāo)減273.15度就是攝氏溫度。

華氏溫標(biāo)對應(yīng)熱力學(xué)溫標(biāo)比較復(fù)雜，與攝氏溫標(biāo)的換算為：℃ = 5*（℉-32）／9或°F = (9/5×°C)+32，這樣，0 ℃ = 32 ℉，100 ℃ = 212 ℉。

溫標(biāo)是人類衡量熱量高低的標(biāo)準(zhǔn)。

太陽光是電磁輻射能量

太陽是太陽系唯一的恒星，恒星是由熾熱的氣體組成，其能量來源于核心部分的核聚變反應(yīng)。恒星體積和質(zhì)量都很龐大，比如我們太陽體積為地球的130萬倍，質(zhì)量為地球的33萬倍。巨大的質(zhì)量形成的向心引力壓導(dǎo)致太陽核心溫度達(dá)到1500萬 K，壓力達(dá)到3000億個地球海平面大氣壓。

在這樣的高溫高壓下，核心的氫原子外圍電子被驅(qū)離了，露出原子核，原子核與原子核就形成了核融合反應(yīng)，就是所謂的核聚變。經(jīng)過科學(xué)家計算，像太陽這樣質(zhì)量的恒星，核心核聚變每秒鐘有6億噸的氫轉(zhuǎn)化為5.958億噸的氦，其中虧損了420萬噸質(zhì)量，這些質(zhì)量就轉(zhuǎn)化成能量。

愛因斯坦創(chuàng)立的質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量和能量的等價和相互轉(zhuǎn)化性質(zhì)，其表達(dá)式為：E=MC^2。這里的E表示能量，單位為J（焦耳）；M表示質(zhì)量，單位為kg（公斤）；C為光速，單位m（米）。

根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程計算，太陽每秒鐘虧損的質(zhì)量達(dá)到420萬噸，全部轉(zhuǎn)化為能量達(dá)到3.78*10^26J。這是個什么概念？每噸炸藥爆炸能量為4184000000J，每度電能量為3600000J，也就是說太陽每秒鐘釋放的能量相當(dāng)9億億噸炸藥爆炸能量，或者10500億億度電。

全世界現(xiàn)在擁有核彈總量約100億噸當(dāng)量，太陽每秒釋放的能量相當(dāng)全球核彈同時爆炸總能量的900萬倍；全球現(xiàn)在發(fā)電總量約30萬億度，太陽每秒釋放能量相當(dāng)現(xiàn)在全球發(fā)電總量的350萬倍，也就是350萬年的發(fā)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，我們地球可以接收到其22億分之一，就相當(dāng)于1000萬座三峽大壩的發(fā)電總量，相當(dāng)每秒鐘有3000個廣島原子彈同時爆炸的威力。

電磁輻射就是“光”

電磁輻射的傳播媒介是光子，因此電磁輻射從某種意義上來說就是光。但這個光是廣義的光，包括可見光和不可見光。我們通常說的光，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，沒有這個可見光，人眼就是一抹黑，什么也看不到。

但現(xiàn)在人類可以通過射電、射線等設(shè)備儀器，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，是復(fù)合光，可分為紅橙黃綠青藍(lán)紫等，紅光波長最長，能量最低；藍(lán)紫光波長最短，能量最高。所以有些賣眼鏡的，就打出防藍(lán)光護(hù)眼的賣點(diǎn)，就是這個道理。

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射線的波長一個比一個短，頻率一個比一個高，因此能量一個比一個大。所以紫外線以上頻率的不可見光，對人體是有傷害的，越短波長的光傷害越大，這就是照X光不能照久的原因，伽馬射線就更厲害了。

我們知道，光的傳遞是無須介質(zhì)的，越?jīng)]有介質(zhì)越快，因此光在真空中傳遞最快，每秒鐘約30萬千米。太陽距離地球約1.5億千米，太陽光就是通過接近真空的太空傳遞到地球的，約8分20秒就能到達(dá)。

電磁輻射在真空度越高的空間傳遞，損失的能量就越小，太陽光來到地球后，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

相信看了前面的鋪墊，大家應(yīng)該對太陽經(jīng)過太空，太空卻依然很冷；而太陽照到地球后，卻能讓地球變熱的原因了吧？對，正是因為太空中沒有物質(zhì)，因此不會吸收能量，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。

但這種低不會到絕對零度，這是因為太空中并不是絕對真空，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，每立方米只有1個粒子。這些粒子吸收恒星發(fā)出的電磁輻射，就會讓接近真空的太空溫度提升一點(diǎn)點(diǎn)。

在太空中，人們發(fā)現(xiàn)溫度最低的地方是布莫讓星云，只有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1.5億千米空間，溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有到達(dá)這樣低，這是因為在這個空間，太陽風(fēng)吹出的帶電粒子很多，距離太陽越近越多，溫度越高；越遠(yuǎn)越稀疏，溫度就越低。

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

但如果有人在那個空間暴露，被陽光照射的一面就會很快被烤熟，而背陰面會被凍得梆硬。這就是陽光輻射必須與物質(zhì)交換才會產(chǎn)生熱量的原因。

陽光到達(dá)地球為啥會發(fā)熱呢？

這是因為地球有濃密的大氣分子，太陽發(fā)出的電磁輻射能量與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，氣體分子運(yùn)動就越劇烈，溫度就越高。

地球大氣層理論上沒有嚴(yán)格界限，在10萬千米高空，還有大氣分子存在，但已經(jīng)很稀薄了?？茖W(xué)研究一般把大氣層的厚度定為1000千米，大氣越接近海平面，密度越大。在1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓溫度為0 ℃時，海平面大氣密度約1.29kg/m^3，換算成大氣分子約2.6875*10^19個/cm^3，也就是每立方厘米約2700億億個大氣分子。

這么多的大氣分子，在光輻射的激發(fā)下，劇烈震動，接觸到皮膚當(dāng)然就會感到溫暖了。如果陽光直接照射到人的皮膚或物質(zhì)上，人的皮膚和物質(zhì)密度比大氣大多了，因此熱量溫度就更高。這就是人們冬天喜歡曬太陽，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，太陽能量會將那里的大氣分子激發(fā)到約2000℃高溫，但由于那里的空氣非常稀薄，密度只有海平面的1000億甚至幾千億分之一，因此是感受不到熱度的，體感溫度只有-100~200℃，因此，如果那里有人只會被凍得梆硬。

但宇宙飛船或者宇航員在那個高度，被陽光直接照射，表面溫度很快就會達(dá)到近200℃。這是因為陽光能量與密實的物體接觸而發(fā)生的能量交換。在海拔越高空氣越稀薄的地方，人或物體受到的輻射就越大，這也是人們爬珠峰，到達(dá)頂峰，雖然很冷，但陽光能量更強(qiáng)烈，更會灼傷皮膚的原因。

地球大氣層對生物的保護(hù)

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

當(dāng)太陽能量輻射到達(dá)地球時，里面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(jīng)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，只有可見光為主的較低能輻射來到地球，讓地球萬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(jìn)行光合作用，無法合成養(yǎng)分供自己生長并向外釋放氧氣，很快就會枯萎死亡；動物們?nèi)鄙訇柟?，就無法合成很多身體需要的元素，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(hù)，生命同樣無法存續(xù)。月球雖然并非完全真空，那里的大氣分子每立方厘米也有約80000個，比宇宙空間密度大多了，但比地球上人工制造的一般高真空度還要高很多，只有地球大氣密度的300多萬億分之一，因此月球是一個高度真空世界。

太陽照射到月球，那點(diǎn)大氣分子幾乎沒有阻擋作用，被太陽照射到的地方，溫度會驟升到130℃，背陰處溫度會驟降到-180℃，是個冷熱兩重天的世界，而且還隨時受到宇宙高能能射線的轟擊，由此，那里是個不毛之地，連一個細(xì)菌也無法成活。

我們地球家園，陽光哺育著萬物，大氣又隔絕了陽光過強(qiáng)能量的傷害，是宇宙中非常稀有的生命樂園。作為統(tǒng)治這個樂園的人類，一定要好好保護(hù)這個美好的環(huán)境，才能夠享受得更長久。

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