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真空不导热,太阳光是怎么穿过太空晒热地球的?

 星辰大海种花家 2019-12-10

真空无法产生传导和对流,这两个定义无比准确,相信各位都知道在没有任何介质的情况下传导和对流是无法发生的,但辐射可以无所顾忌的穿过真空,从太阳到达地球,慷慨的给予每一个生命以热量!但这里有几个问题,太阳的热辐射是怎么穿过真空的?所谓的真空真的是没有任何物质吗?为什么会说有宇宙尘埃?

太阳的热辐射是怎么穿过真空的?通过什么介质?

地球从太阳上获得的热辐射的主要来源就是可见光辐射,当然还有我们看不到的紫外和红外波段,如果各位有卫星通信经验的话,肯定还知道有一个来自太阳的强射电干扰,另外也还有大部分被大气层阻挡的X射线辐射和γ射线辐射,简单的说,太阳就是一个全波段的射电源,从微波段开始到可见光再到伽玛射线,整个频段都覆盖了透彻,但它们的分布有些区别:

  • 可见光部分占太阳辐射总量约50%

  • 红外部分占太阳辐射总量约43%

  • 紫外部分包括Χ射线等,占太阳辐射总量的7%

这些辐射的全频段就是电磁波,当然我们是认识光在前,而认识光也是电磁波则比较靠后了,早在古希腊时期的先贤就认为世界是有四种元素构成的,分别是:“水、火、土、气”,而亚里士多德则提出了第五元素以太,牛顿曾经借用以太作为引力传递的介质。

早期认为光是粒子时并没发现这是一个严重问题,因为粒子传播大家都觉得没有介质并这很正常,但后来发现了光也是一种波,突然问题就变得很严重了,比如声波需要通过空气或者水或者固体来传递,而且介质越硬速度越快,比如水中的声速比空气快,钢材中的声速比水中快,而光的速度在19世纪初已经测试个大概了,大约30万千米/秒,这可是一个严重问题,什么物质中传播能让光这么快呢?

必须是以太,以太就是一块砖,哪里需要哪里搬!当年牛顿用以太来传递引力,现在光也在以太中传递,下面还有电磁以太,因为它需要传播电磁波!当1860年代麦克斯韦通过他的方程组推导出电磁就是光,而且光速是一个常数时,科学界并没有意识到这是一个问题,但到1887年以太论的狂热支持者迈克尔逊和莫雷想要测试下以太漂移时却发现是个零结果,到底是以太不存在还是光速不依靠以太?但无论是哪个结果都差不多,以太时代该结束了!

爱因斯坦抛弃以太论以光速不变和狭义相对性原理推出了狭义相对论,结果大家都知道了,大获成功,死守以太论的洛仑兹和庞加莱后悔不已,当然爱因斯坦也认为即使他不推出,5年内必然也有人会推出。

至此我们了解到光/电磁波穿过真空时不需要任何介质的,所以我们可以放心大胆跟太阳光说,放马过来吧!

光不是只穿过了宇宙么,为什么晒到人身上就感觉热了呢?

首先我们要来认识下什么叫热,有温度就是热,没温度就是冷,这是大家不太严谨的形容方式。当然无论热或者不热,它都有温度,只不过热的温度远高于体温,冷的温度远低于体温罢了,那么问题来了,温度到底是个什么东西?

曾经历史上将它理解为热质说,认为热质是一种没有质量的气体,物体吸收热质后温度会升高,释放热质时则会降低。在1798年英国科学家监督加农炮镗孔时发现,钻头的摩擦会导致高热,而越钝的钻头则越热,因此他提出了分子运动的理论。

1799年汉弗里·戴维在设置了一个实验,周围环境隔绝的容器中两块摩擦的冰,最后融化成了水,因此汉弗里·戴维认为热质不存在。

1840年焦耳进行了多次导体发热实验,发现其热量和电流的平方成正比,因此他认为热量只是一种能量的形式。1850年时鲁道夫·克劳修斯发表论文提出热质说及分子运动论其实不相容,热质说成为历史,分子运动论渐渐成为主流。

分子运动论认为温度就是分子运动剧烈程度的表现,而输入能量可以让运动剧烈程度增加,辐射就是原子核外层的电子在更高轨道跌落到基态时所释放的光子,光子携带的能量被目标物体吸收后会加剧其分子或者微观粒子的运动程度,直接表现就是被晒热了,甚至被晒烫了。

太阳光穿过茫茫宇宙给大家送来了光和热,还不要钱,你们一点都不感动吗?

太空中真的啥都没有吗?

其实这并不准确,因为在地球轨道附近的太空中,每立方厘米仍然存在5-10个原子,甚至可能更多,而在整个地球轨道平面形成的黄道面上则存在大量的尘埃,它们组成的集合反射的太阳光就是我们在特定条件下能看到的黄道光。

黄道光与银河

而银河中影影绰绰的暗影带则是银道面上的大量尘埃所构成,甚至挡住了银盘面上大量的光线,使得我们天区中有部分区域是可见光所看不到的,因为可见光被尘埃吸收了,只有X射线和伽玛射线以及电磁波才能穿透尘埃!

但这些物质的密度对于我们常见的物质来说,实在是过于稀疏,它们吸收光辐射的能力是有限的,因此穿过了茫茫宇宙的太阳光仍然将绝大部分光辐射带到了地球,成为万物生长的能量来源!

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