宇宙为何如此冰冷?至少2万亿亿颗恒星都没提高温度?

留学方案2025-10-04 21:14:01佚名

科研人员曾借助宇宙微波背景辐射,精确计算出空间平均温度仅比零下二百七十度略高,而理论上的最低温度为零下二百七十三点一五度,二者仅相差极小,宇宙在诞生之初便是这般寒冷吗?

地球可自我调节温度_宇宙温度分布不均匀_恒星热量辐射传导方式

浩瀚的宇宙里存在数量极其庞大的恒星,为何它们并未使空间温度上升呢?这主要归结于两个因素,一是宇宙本身的广阔无垠,二是热量传递途径的特殊性。既然宇宙环境如此严寒,航天员又怎能在此条件下维持生命呢?

恒星热量辐射传导方式_地球可自我调节温度_宇宙温度分布不均匀

以太阳为例,太阳的表层热度达到5500摄氏度,理论上地球可自我调节温度,在太阳系这个区域,其他地方不该那么寒冷。然而地球可自我调节温度,一旦离开地球,进入太空,人的体表温度会立刻急剧降低,直至内脏都被冻住。这是何故呢?原因是宇宙中的物质分布极其稀疏,几乎没有东西能够吸收或传递热量。正因如此,宇宙的温度便会降到零下270度。物质在宇宙中的温度,跟它邻近的恒星距离相关,星体离恒星越近,它的表层温度就越高。例如,离太阳最近的水星,它同太阳的距离大约是5790万公里,在水星白天,其表面的温度能够达到430度。距离太阳最遥远的行星是冥王星,这颗行星与太阳的平均距离达到五十九亿公里,它的表面温度极低,最低可降至零下二百二十七摄氏度,由于距离太远,几乎没有阳光能够照射到那里。

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宇宙的温度分布普遍存在差异,热量的主要产生者是恒星,行星及其他天体也会释放少量热量,但与恒星相比,其热量输出微不足道。恒星依靠辐射传递热量,这是宇宙中唯一的热量传导方式。例如太阳便通过辐射为地球带来能量。太阳散发热量时,会发出很多电磁波,这些波带着能量,遇到其他东西就会把部分能量交给它们,所以得到能量的物体温度就会上升。这并不意味着环伺的宇宙空间也会升温,只有那些直接承受太阳辐射的区域才会升温,宇宙空间是真空环境,热量无法直接传播,因此太空中的温度非常低,而且离太阳越远,这种辐射作用就越微弱。当你操控星际飞行器在寰宇中穿梭,你会惊异察觉飞行器迎向日轮的那侧热度极高,而背离日轮的那面,热度却并不那么高,这缘于迎向日轮的那面直接承受了日轮的炙烤。

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这么看来,航天员怎样在那么寒冷的外太空活下去呢?研究发现,航天员在空间站里待在阴凉处时,身体表面的温度会降到零下180度,可一旦到了阳光照射的地方,体表温度又会急剧升高到122度。说来也怪,航天员在空间站上,一天要经历16次昼夜交替。空间站一直在太空中运行,它环绕地球一圈大约要90分钟,一天可以完成16次环绕。宇航员每完成一圈就会体验一次日出和一次日落,因此每天会经历16次昼夜交替。与此同时,宇航员也会经历16次处于地球阴影中以及16次阳光直射的高温时段。当空间站运行到地球背阳面时,宇航员就会进入一段短暂的黑暗时光。当前气温快速降低,一旦空间站来到阳光照射区域,宇航员便进入白天时段,此时气温会立刻急剧上升,宇航员所穿的航天服都是白色,由于白色航天服能够反射大部分的太阳辐射能量,当宇航员进入阴影区域之后,航天服和人体积聚的热量会逐渐以辐射方式散失,因此不会因为气温的急剧下降而迅速变得僵硬。

宇宙自形成以来就一直是寒冷的吗?并非如此,根据研究人员的发现,宇宙刚诞生时温度极高,随着时间慢慢过去,星球、星系等天体逐渐生成,它们在形成过程中向外界散发大量能量,所以空间温度应当持续上升才对。然而需要明白的是,宇宙自诞生起就以超光速不断扩张,由此形成了广阔无垠的宇宙空间。距离使温度逐渐减弱,宇宙的扩张导致星体彼此相隔遥远,那些能够发光发热的恒星也不例外。以银河系里的恒星为例,研究人员推算出它们之间的平均间隔大约为四光年。恒星释放的能量主要通过电磁波传递,离开恒星越远,接收到的波辐射就越微弱。这是由于恒星的热能在极远的传输路径上已经变得非常微弱了。可以拿恒星比作宇宙里的街灯,在广阔无垠的天地间,它只能映亮邻近的一小片区域。那么地球在如此严酷的宇宙环境中,怎样才能保持适合生命活动的温度呢?这背后有几个至关重要的原因。

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地球同太阳的平均间隔大约是一亿五千万里,这个距离相当理想,使得地球位于适宜生存的范围内,因而能够保持适宜的温度并且存在液态水。此外,地球还拥有适宜厚度的大气层,配合恰到好处的地心引力,让地表热量既不会迅速散失,也不会完全被封闭。金星位于太阳适宜居住的区域,不过它的空气层非常厚重,让那里变成了名副其实的火海。金星上空96.5%是二氧化碳,这种气体能够吸收并阻挡红外线,使得热量无法散失到宇宙空间。因此,金星表面的温度可以达到463摄氏度。相比之下,地球的空气成分中78%是氮气,21%是氧气,二氧化碳仅占0.04%。所以,地球的大气层既能让阳光进入从而为地球增温,又能阻挡大部分的有害射线,这促成了适合生命生存的环境条件。事实上,地球每天能够吸收到的太阳辐射能量仅占其二十二亿分率之一。但这已经足够为地球提供维持温度的基本能量。当太阳散发的热量抵达大气层时,空气的流动产生的对流会将热量传送到各处,气体分子之间则通过传导来传递热量。经过这样一番运作,全球整体气温稳定在十五度,不过入夜之后会略有降低,然而大气层有很好的保暖效果,它能将地表温度稳固住,同时地球内部也在持续向外散发热量,地核不断输送出稳定的热能,所以地球的气温不会大幅下滑,更为奇妙的是,大气层与地核共同形成了地球的磁场。地球磁场如同一个庞大的保护罩,能够抵御太阳大部分高能射线的侵袭。倘若地球磁场突然消失,那么地球上的所有生物将在极短时间内被太阳射线彻底毁灭。越是深入探索宇宙,越会惊叹其不可思议。人类的诞生实属罕见奇迹。地球上的所有环境因素仿佛都是为人类量身打造,哪怕出现丝毫偏差,地球上都不会有生命的迹象。所以,我们务必精心守护并重视这颗星球,也许在浩瀚宇宙里,再也寻不到类似地球这般理想的家园了。

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