太空有多冷？為什么整個地球表面不會結(jié)冰？

2023.04.08 云南

真空沒有溫度。但是，如果你把一個物體放在遠(yuǎn)離任何恒星、行星或其他物體的外太空某處，它最終會與宇宙微波背景輻射(CMB)達(dá)到熱平衡（宇宙微波背景輻射是溫度為2.7 K的熱輻射）。

圖解 : 根據(jù)WMAP對宇宙微波背景輻射的觀測所繪制的圖像。

恒星不斷地產(chǎn)生熱量，并將其輻射到真空中。它們也會吸收來自宇宙微波背景輻射的少量輻射。然而，熱輻射的功率與溫度的四次方成正比。因此，像太陽這樣的恒星，它的表面溫度接近6000K，其釋放的熱量將是它從宇宙微波背景輻射中吸收熱量的數(shù)萬億倍。

至于行星，它們從太陽那里吸收大量熱量的同時，也向外太空釋放熱量。由于像地球這樣的行星表面平均溫度接近300K，它釋放的熱量也是它從宇宙微波背景輻射中吸收熱量的數(shù)百萬倍。毫無疑問，它也從太陽那里吸收大量的熱量。通常來說，該行星最終從太陽那里吸收的熱量與它釋放到外太空的熱量是一樣的，所以它的溫度大致保持恒定。

事實上，如果太空沒有這么冷，我們都會有大麻煩。地球無法散發(fā)它從太陽那里吸收到的大量熱量，這將導(dǎo)致海洋蒸發(fā)加劇。所以我們確實需要外太空的低溫來吸收地球的余熱。就像太陽一樣，如果它不能把它的熱量輻射到外太空，那么它很快就會爆炸，因為它的溫度會由于其內(nèi)部持續(xù)的核聚變而不斷升高。

太空本身既不冷也不熱，因為太空中不存在任何溫度可被測量的物質(zhì)。一些熱體，甚至是人體，也會迅速將其吸收的熱量散發(fā)到真空中。如果沒有獲得任何可以補(bǔ)充熱量的東西，或者無法將熱量儲存在體內(nèi)，則該物體將一直散發(fā)熱量，直到其幾乎達(dá)到開氏溫標(biāo)下的絕對零度（我建議閱讀有關(guān)絕對零度的概念，以更好地理解真空）。

你可能會產(chǎn)生一些疑惑：為什么太陽不會冷卻或結(jié)冰呢？因為太陽是一顆恒星。而除了一些個例以外，對于大多數(shù)恒星來說，由于其重力和龐大的質(zhì)量，在它們的中心會發(fā)生核聚變反應(yīng)。這些反應(yīng)可以持續(xù)數(shù)十億年，足以產(chǎn)生和維持自身的熱量。當(dāng)然，它們會將熱量輻射到周圍的空間，而且熱量會不斷地從中心得到補(bǔ)充。然而，即使是恒星，它們的熱量也會不斷減少，生命也會走到盡頭 (你可以了解更多關(guān)于恒星壽命的知識)。

恒星周圍的任何物體都會受到其輻射產(chǎn)生的熱量的影響。如果一個星球像地球那樣有大氣層，那么大氣層就會在它的周圍儲存并且分配一部分熱量。因此，恒星不會結(jié)冰，除非它的熱量受到其傾斜的影響而變得不夠多。就像南北極那樣，由于地球的傾斜，它們的表面已經(jīng)結(jié)冰，不是嗎？

行星離恒星越遠(yuǎn)，它所能吸收到的熱量就越少，因此它仍然很冷，幾乎是冰凍的。如果這顆行星沒有大氣層，那么即使它處于向陽側(cè)，由于距離太遠(yuǎn)，它也會被凍住 (你可以閱讀更多關(guān)于熱輻射平方反比定律的資料，以了解熱量隨距離減少的規(guī)律)。由于衛(wèi)星、鄰近的行星和母星的牽引作用，行星內(nèi)部可能有一些地質(zhì)活動。這些活動可能會促使它們產(chǎn)生一些熱量，但這些熱量會輻射到太空中，而且補(bǔ)充的熱量幾乎不是由于恒星內(nèi)部的地質(zhì)活動和核反應(yīng)產(chǎn)生的。因此，這些行星依然是凍住的，因為沒有足夠的熱量使其表面的物質(zhì)升溫。這并不是說該行星的熱量已經(jīng)完全消失，因為即使是表面溫度最低的行星也有一些紅外線熱量。