太阳温度高达5000度,为什么宇宙还是冷的?

太阳温度高达5000度,为什么宇宙还是冷的?

1⃣️太阳温度高,宇宙还是冷的,这与传导距离与幅射条件相关。

2⃣️取暖器也是采用的电热管,可是加了幅射罩,就能在几米外受热,这与热源功率及幅射距离相关。

3⃣️太阳系八大行星面对太阳处都产生不同的热,背面温差几百度,这足以证明幅射条件是决定因素。

4⃣️宇宙之大又是真空缺少介质,不产生幅射,篝火只能暖和以及照亮周围的人,就足以证明本题的这个道理。

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太阳温度高达5000度,为什么宇宙还是冷的?

太阳的表面温度高达5500摄氏度,而宇宙中还有很多能够发光发热的恒星,仅银河系中最少也有一千亿颗恒星,但数以亿计的恒星并没有把宇宙加热到很高的温度。事实上,宇宙的平均温度非常的低,只比绝对零度高了2.73度,即-270.42摄氏度,这要远低于恒星的温度。

首先,需要注意的是,空间本身没有温度的概念。因为空间不是物质,而温度是表征组成物质的原子和分子的热运动剧烈程度。恒星会发光,这些光携带着能量在真空中传播,当它们撞上物体时,光的能量会被物体吸收,所以物体的温度会升高。

整个宇宙之所以很冷,这是因为宇宙空间太空旷了,其中的物质密度极低。宇宙空旷到平均密度只有10^-29克/立方厘米,相当于水的密度(4摄氏度、1个标准大气压)的10万亿亿亿分之一,或者说每立方米中仅有5.9个质子。

在银河系中,恒星的平均距离大约为4光年。太阳的辐射功率约为3.828×10^26瓦,那么,在距离太阳2光年的地方,每平方米所会接收到的太阳能仅有0.000000085瓦(8.5×10^-8瓦)。这还是充满恒星的星系的情况,而星系和星系之间存在更为广阔的星系际空间,那里的物质密度更低,所能接收的热量还要低得多。

宇宙在诞生之初很小,那时的物质密度极高,并且温度也极高,达到了理论最高的普朗克温度(1.4亿亿亿亿度)。随着宇宙的不断膨胀,温度逐渐降低。在宇宙诞生只有1000万至1700万年的时候,宇宙的平均温度大约为0度至100度,这意味着生命可能很早就在宇宙中出现了。138亿年过去了,经过了大幅度的膨胀,宇宙的平均温度已经降低至-270.42摄氏度。现在的这些热量都是从早期宇宙中残留下来的,它们被称为宇宙微波背景辐射。

太阳温度高达5000度,为什么宇宙还是冷的?

宇宙是个很大很大的空间,包括了无数的恒星和各种天体,太阳在宇宙中是一个很渺小很渺小的天体,渺小的可以忽略不计,那么宇宙的冷暖与太阳温度高达5000度有什么关系呢?

我不知道这个出题者是什么意思,大概是说地球上空的空间很冷吧,这样说还有点道理。不过要纠正一下,太阳表面温度在6000度左右(摄氏度,后同),说5000度也无不可。但毕竟这只是太阳的表面温度,不能代表太阳的全部温度。

太阳中心温度为1500万度,靠源源不断的核聚变不断往外部释放着能量,太阳表面温度只是一层面膜,随便爆发几个耀斑和日冕喷射都有几十上百万度。但这只是在太阳附近,稍远就很冷很冷了。

我们银河系有数千亿颗恒星,每一颗恒星都是一个太阳,这么多的太阳不断的放射着能量,怎么太空中还是很冷很冷呢?这种冷可不比我么地球冬天的感觉,那是一种无法比拟的冷,冷到接近绝对零度。

绝对零度是多少?就是0K,又叫零开尔文。开尔文代表热力学温度,是科学界常用的温度度标,零开尔文(0K)就等于-273.15摄氏度,这是温度的禁区,这个宇宙没有达到这个温度的物体,更没有比这更低的温度。

而宇宙微波背景辐射为3K,也就是-270度左右。这是从138.2亿年前宇宙大爆炸的至热到今天降低到的温度。

温度的本质是分子运动,也可以说粒子的运动。分子粒子运动得越激烈,温度就越高。

但要感受到分子运动的热量,还需要分子粒子的密度,因此粒子密度越高,运动越激烈,人们感受到的温度就越高,反之就越冷。

地球表面,空气密度很高,达到一个立方厘米有2.6875*10^19个空气分子(约270亿亿个),因此能够与太阳辐射交换和储存能量,让人们感到温度的高低。

但到了高空,空气分子就很稀薄了。到达1000公里高度,空气分子只有地表的1亿亿分之一了,因此虽然这里是地球大气层热层,粒子温度可以达到一两千度,但如果拿个温度计去测量是感觉不到的,因为那里的粒子太稀薄,很难撞到温度计,因此实际测量出来的温度(太阳不直射的情况下)会在零下200度左右。

越到远离天体的太空,粒子就越来越少,而到了太空深处,每个立方厘米就只有几个粒子了,甚至一个立方米才有几个粒子。这种地方怎么能够热的起来呢?

这就是宇宙中虽然有无数的恒星,它们源源不断辐射着电磁波,而宇宙空间依然很冷的原因。

每个恒星的能量都是以电磁辐射的方式传播,但这种传播在宇宙真空中是不受阻扰的,只有遇到粒子时,才会进行能量转换,同时激发粒子的动能,温度上升。太空中粒子极其稀少,这就是太空温度低的原因。

或许某个接受到能量的粒子温度并不低,但由于太稀少,是很难觉察出来的。

当太阳电磁辐射到达地球大气层时,随着大气层空气分子密度越来越大,感觉到的温度和热度就会越来越高。这也是有些人问为什么到了高山,距离太阳更近了,反而会温度很低,甚至终年冰雪覆盖的答案。比如珠穆朗玛峰,离太阳近了这点距离完全可以忽略不计,但空气稀薄了将近70%,这才是变冷的原因。

太阳温度再高,在遥远的太空没有物质来承接这种能源,怎么会有不冷呢?

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太阳温度高达5000度,为什么宇宙还是冷的?

什么是热,什么是冷?

要搞清楚这个问题,我们要先搞清楚什么是热?什么是冷?

可能你要回答的是,温度高是热,温度低是冷。这其实等于啥也没说。我们需要再往下去探究一层,实际上,现代物理学对于温度有定义是:

系统中的熵对能量偏导数的倒数。

这其实让人非常难以理解,但要解决这个问题还用不到这么高冷的理论,仅仅需要经典物理学就够用了。

在经典物理学中,温度的表述是:

物体分子热运动的剧烈程度。

这要如何理解呢?

我们都知道,万物都是由分子和原子构成的,但分子和原子并不是固定不动的,而是在一定范围里乱动,这也被叫做分子的热运动。

分子的动理论其实是通过布朗运动的理论确认的,也就是水面上花粉粒子会发生不规则运动,实际上是水分子的热运动造成的。爱因斯坦在1905年发表了一篇论文,通过数学证明了布朗运动。

分子的热运动就会越剧烈,温度就会高。反过来,如果我们给一个物体加热,实际上是让构成它的分子的热运动变得剧烈。

所以,从温度的微观解释当中,我们至少可以知道一点,那就是要体现出温度,至少要有足够多的分子或者原子。

宇宙比想象中的还要空旷

很多人都有一个观念:太空是绝对零度的。实际上,并非如此,太空非但不是绝对零度,反而很难体现出温度来。实际上,从大尺度上看,太空有个温度大概在2.72K左右的背景辐射,被我们叫做宇宙微波背景辐射,这是宇宙大爆炸时的余热,在宇宙大爆炸之后38万年,开始在宇宙中穿行。

所以,理论上太空的温度不应该是绝对零度,也就是0K,而是2.72K,其实也很低很低了。但是,如果你不幸没穿任何保护措施被丢在了外太空,你会发现,根本不冷。

原因就在出现在了“真空”上。很多人都认为宇宙是“真空”的,实际上这并不完全准确,它只是极其接近“真空”,大概每平方米一个氢原子的密度。

具体计算方式是这样的:

根据普朗克卫星发回来的最新数据,我们可以知道,宇宙中千分之六的精度上是平坦的。

基于此,我们可以通过宇宙学原理和广义相对论,使用平坦空间的度规(就类似于坐标系),得到一个宇宙的密度公式:

其中H是哈勃常数,是可以从宇宙微波背景辐射中确定下来的。

如果哈勃常数H=70 km/s·Mpc,就可以得到一个宇宙的临界密度ρ=0.9*10^(-29)g/cm^3,如果我们假设宇宙中的物质都是氢原子,宇宙临界密度就大概是1立方米当中只有1个氢原子

而我们如今所测到的哈勃常数H=67.15 km/s·Mpc,因此现在的宇宙密度其实是非常接近于临界密度的。

也就是说,太空中每平方米大概也就是一个氢原子的水平,所以这并不是绝对的“真空”,但已经比地球上能做出来的“真空”还要空。

这样的空间其实是反应不出具体的温度的,因为没有足够的分子的热运动。太阳辐射出来的光子可以很顺畅地穿过宇宙空间,很少遇到阻碍。

因此,这部分的宇宙空间根本也热不起来。但是,当光子到底地球时,由于地球是大量分子和原子聚集的天体,是可以吸收这部分热量的,同时也就会让自身分子的热运动加剧,宏观上就是变热了。

因此,我们最后来总结一下,经典物理学框架下,温度的本质是分子热运动的程度。而太空十分空旷,大概也就是一立方米只有一个氢原子的水平。因此,太空并不能够太体现出温度来,同时也不能够吸收热量来让自身的分子热运动加剧(因为压根就没有啥分子的存在)。因此,太空并不是冷,而是压根体现不了温度,同时也没有办法吸收太阳的热。

太阳温度高达5000度,为什么宇宙还是冷的?

宇宙在诞生之初的时候温度并不低,气温一度曾经超过1000亿摄氏度。不过随着宇宙空间的膨胀,宇宙物质密度被极大稀释,导致了宇宙的温度指数式衰减,最终导致宇宙的平均温度只有2.73K,几乎接近绝对零度。

当然了,我们所说的只是宇宙平均温度而已。有些地方的宇宙温度其实还是挺高的,比如一些物质稠密的区域和恒星周围。就那我们太阳举例,太阳内部温度可达1500万℃,表面温度也有5000摄氏度。如果我们胆敢靠近太阳100公里,直接就被考成碳了。即便是在地球太空附近,如过航天器朝向太阳,其表面温度也会被加热到100多度。所以由此可见,并不是宇宙所有地方温度都很低,恒星周围的温度还是高的吓人的。

不过如果太空中背对太阳,那么温度又会降到极低。因为没有阳光照射,低的时候温度低到零下一百多度。如此低温,一个人送到太空直接就变成了冰棍了。所以说太空中不是温度极低就是温度极高,不像地球上面温度基本恒定,保持在一定范围。这也可能是地球上面存在生命的原因吧。

太阳温度高达5000度,为什么宇宙还是冷的?

别说太阳5000℃,即便是1W℃、10W℃,宇宙也还是冷的,宇宙已经过了它那炙热的时代。

既然讲冷热,首先要清楚温度是什么?

根据麦克斯韦无玻尔兹曼的解释,我们知道温度实际是物质分子热运动的体现,剧烈运动的分子相互碰撞。

以水分子为例,温水的分子运动大概是这样的。

慢慢吞吞的水分子缓缓地运动着,像一群可爱的小精灵,如果把它们加热到沸腾状态,水分子就变得暴躁了。

动荡不安的水分子开始群体暴动,暴力事件层出不穷。如果这时候,你把手放进入就会被它们一顿胖揍,打得红肿,手就会被烫伤了。

所以我们感受到的温度,实际上是水分子的动动转化为了手上皮肤分子的动能,然后刺激了神经。

宇宙大部分是真空,没有物质分子。

像太阳这样的恒星是宇宙中的主要热力源,当我们靠近太阳会感觉到热,是因为从太阳逃离出来的物质分子弥漫到周围空间,它们的热运动产生了温度。

而宇宙真空中没有这些分子,所以太阳光的能量才能穿过真空给地球加热,而不会在传递过程种被真空吸收。

真空吸收不了这些能量,自然就是冷的,大概是零下负270多度,接近绝对零度的-273.15℃。

至于剩下的那一点点温度,都是来源于宇宙诞生之初的余热,或者叫还未消失的电磁波,也就是宇宙背景辐射。

宇宙诞生之初,也曾是一个超高温大火炉,只是随着超高速膨胀才慢慢凉了下来。

总结一下

宇宙虽然孕育了万物,却不受万物所左右,虽然冷漠了点,还是很怀旧的。那一抹凉意,就是宇宙打娘胎出来时的胎记。

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