Почему в космосе холодно, если Солнце горячее
Солнце находится на расстоянии около 150 миллионов километров от Земли, но мы можем чувствовать его тепло каждый день. Удивительно, как горящий объект издалека может излучать тепло на таком большом расстоянии.
Мы не говорим о температурах, которые едва регистрируют его присутствие. В 2019 году температура в Кувейте достигла 63 ° C под прямыми солнечными лучами. Если вы будете стоять при таких температурах в течение длительного периода, вы рискуете умереть от теплового удара.
Но больше всего озадачивает то, что космическое пространство остается холодным. Итак, почему пространство такое холодное, если Солнце такое жаркое?
Чтобы понять это удивительное явление, важно сначала распознать разницу между двумя терминами, которые часто используются взаимозаменяемо: тепло и температура.
Роль тепла и температуры
Проще говоря, тепло — это энергия, хранящаяся внутри объекта, в то время как тепло или холодность этого объекта измеряется температурой. Таким образом, когда тепло передается объекту, его температура повышается. И происходит снижение значения температуры, когда тепло извлекается из объекта.
Эта передача тепла может происходить через три режима: проводимость, конвекция и излучение.
Теплопередача через проводимость происходит в твердых телах. Когда твердые частицы нагреваются, они начинают вибрировать и сталкиваться друг с другом, передавая тепло при этом от более горячих частиц к более холодным.
Теплопередача через конвекцию — явление, наблюдаемое в жидкостях и газах. Этот режим теплопередачи также происходит на поверхности между твердыми телами и жидкостями.
Когда жидкость нагревается, молекулы поднимаются вверх и переносят тепловую энергию вместе с ними. Комнатный обогреватель — лучший пример, демонстрирующий конвективный теплообмен.
Когда обогреватель нагревает окружающий воздух, температура воздуха будет повышаться, и воздух поднимется до верха комнаты. Присутствующий сверху холодный воздух вынужден двигаться вниз и нагреваться, создавая конвекционный ток.
Передача тепла посредством излучения — это процесс, при котором объект выделяет тепло в форме света. Все материалы излучают некоторое количество тепловой энергии в зависимости от их температуры.
При комнатной температуре все объекты, включая нас, людей, излучают тепло в виде инфракрасных волн. Из-за излучения тепловизионные камеры могут обнаруживать объекты даже ночью.
Чем горячее объект, тем больше он будет излучать. Солнце является отличным примером теплового излучения, которое переносит тепло через солнечную систему.
Теперь, когда вы знаете разницу между теплом и температурой, мы очень близки к тому, чтобы ответить на вопрос, поставленный в заголовке этой статьи.
Теперь мы знаем, что температура может влиять только на материю. Однако в космосе недостаточно частиц, и это почти полный вакуум и бесконечное пространство.
Это означает, что передача тепла неэффективна. Невозможно передать тепло посредством проводимости или конвекции.
Излучение остается единственной возможностью.
Когда солнечное тепло в форме излучения падает на объект, атомы, составляющие объект, начинают поглощать энергию. Эта энергия начинает двигаться атомы вибрировать и заставлять их производить в процессе тепло.
Однако с этим явлением происходит нечто интересное. Поскольку нет возможности проводить тепло, температура объектов в пространстве будет оставаться неизменной в течение длительного времени.
Горячие предметы остаются горячими, а холодные остаются холодными.
Но когда солнечные лучи попадают в земную атмосферу, появляется много материи для возбуждения. Следовательно, мы чувствуем излучение солнца как тепло.
Это естественно вызывает вопрос: Что произойдет, если мы поместим что-то вне атмосферы Земли?
Космическое пространство может с легкостью заморозить или сжечь вас
Когда объект находится за пределами земной атмосферы и при прямом солнечном свете, она будет нагрета до около 120°C. Объекты вокруг Земли, и в космическом пространстве, которые не получают прямых солнечных лучей находятся в пределах 10°C.
Температура 10°C обусловлена нагревом некоторых молекул, покидающих земную атмосферу. Однако, если мы измерим температуру пустого пространства между небесными телами в космосе, это будет всего на 3 Кельвина выше абсолютного нуля.
Итак, главный вывод здесь заключается в том, что температуру Солнца можно почувствовать только в том случае, если есть материя, чтобы поглотить ее, в космосе почти нет материи, отсюда и холод.
Две стороны солнечного тепла
Мы знаем, что в затененных областях холодно. Лучшим примером является ночное время, когда температура снижается, так как в этой части Земли нет излучения.
Однако в космосе все немного по-другому. Да, объекты, которые скрыты от солнечного излучения, будут холоднее, чем пятна, которые получают солнечный свет, но разница довольно существенная.
Объект в космосе столкнется с двумя экстремальными температурами с двух сторон.
Давайте возьмем для примера Луну. Области, которые получают солнечный свет, нагреваются до 127°C, а темная сторона Луны будет при температуре замерзания -173°C.
Но почему земля не имеет таких же эффектов? Благодаря нашей атмосфере инфракрасные волны от солнца отражаются, и те, которые входят в атмосферу Земли, равномерно распределены.
Вот почему мы чувствуем постепенное изменение температуры, а не крайнюю жару или холод.
Другим примером, показывающим полярность температуры в космосе, является влияние солнца на солнечный зонд Parker. Солнечный зонд Parker — это программа НАСА, где зонд был отправлен в космос для изучения Солнца.
Солнечный зонд «Паркер»
В апреле 2019 года зонд находился всего в 15 миллионах миль от Солнца. Чтобы защитить себя, он использовал теплозащитный экран.
Температура теплового экрана, когда он был бомбардирован солнечным излучением, составляла 121°C, в то время как остальная часть зонда имела -150°C.
Космос — это лучший термос
Когда нагревать нечего, температура системы остается прежней. Это относится и к космосу. Солнечное излучение может проходить через него, но нет молекул или атомов, чтобы поглотить это тепло.
Даже когда скала нагревается выше 100°C излучением Солнца, пространство вокруг нее не будет поглощать никакой температуры по той же причине. Когда нет материи, передача температуры не происходит.
Следовательно, даже когда солнце излучает, пространство остается холодным как лед!
Источник
Планета Земля. Погода и климат
Много ли МЫ знаем о нашем доме, о планете Земля, на которой живем? Каждый ученый, как в той байке о слепцах, ощупывающих слона, говорит о своём и в итоге часто начинают рассказывать сказки. Мне повезло нахвататься верхушек знаний в некоторых науках. И не в теории, а сразу на практике. Этого очень мало для описания полной картины. Но я всё же попытаюсь рассказать о планете Земля, то что знаю. Например, какой размах крыльев был у пингвинов до того, как они разучились летать. Кто и когда оторвал предку человека хвост. Почему летающие динозавры не все имели киль и т.д.
Климат.
На рисунке показан график среднегодовых температур планеты Земля на многие миллионы лет. Все, что закрашено красным цветом, это норма. Всё, что голубым и ниже нуля редкое исключение, не свойственное обычному климату Земли. Сегодняшний климат как раз исключение и вызванное какими-то природными катастрофами. Вроде падения крупных метеоритов, повышенной вулканической активностью или длительных войн с применением атомных бомб.
Ну и каков он, нормальный климат Земли?
Начнем с самого начала. Температура атмосферы, ближе к поверхности планеты зависит в основном от нагрева Солнцем. Количество тепла, приходящее на Землю постоянно и неизменно. Следовательно, температура воздуха на поверхности зависит только от условий на Земле. Вулканический пепел или пыль от взрывов атомных бомб могут заслонить поверхность Земли от солнечного излучения и тогда температура воздуха у поверхности планеты резко снизится. Снег и лед на поверхности планеты также отражает приходящее тепло. В итоге на Земле есть два сравнительно устойчивых, климатических состояний:
-Нормальный обогрев Земли Солнцем, практически со 100% поглощением тепла.
-И Земля в виде ледяного шарика, практически со 100% отражением тепла, получаемого от Солнца.
Всё остальное, лишь переход от одного состояния к другому. Климатические качели. По геологическим меркам очень недолгие. Но за период последних, таких качелей появилось почти всё ныне живущее на планете, в том числе и наша Цивилизация. Есть предположение, что Цивилизаций было несколько. Очень может быть. Ведь Природа любит экспериментировать и менять одни формы жизни на другие, более приспособленные к выживанию.
Как выглядела Земля в виде гигантского ледяного снежка или во времена переходных периодов вы представляете. А вот как выглядела Земля в «теплые» периоды надо написать особо. В эти времена рыбы перешли на сушу, появились первые земноводные и пресмыкающиеся, был расцвет звероящеров и была эпоха динозавров. Появились предки современных растений и животных, некоторые млекопитающие перешли жить обратно в воду, появились предки птиц и человекообразных обезьян…
При среднегодовой температуре от 25 градусов и выше не может быть температурных скачков где-то на планете ниже 15-20 градусов. Иначе плюсовые скачки температур на другом конце планеты будут убийственными, для всего (местного) живого. Температурные скачки возможны только в переходные периоды. Тайфуны, ураганы, смена времен года, циклоны и анти циклоны для человека имеют какое-то значение, но для Земли нужны лишь как уравниватели температур на сравнительно больших площадях поверхности планеты. На хорошо прогретой Земле нет даже повода для климатических возмущений. Нет ледников на полюсах. Льды и снег можно увидеть лишь высоко в горах. Погода во всех уголках планеты всегда одинакова на миллионы лет вперед. Есть небольшие понижения температур на полюсах во время полярной ночи, но сезонные ветра, несильные и теплые выравнивают разницу. Каждый новый день повторяет предыдущий. Повышенная температура вызывает повышенное испарение воды. Та испаряясь образует вечные слоисто-дождевые облака. Сразу над всей планетой. Из которых идет вечный, теплый дождь. От мороси до сильного и без перерывов. Вся поверхность суши сплошные лужи, озера и болота.
Многочисленные ручьи и реки быстро размывают все возвышенности и горы. Там где еще вчера были возвышенности и горы, сегодня равнины и болота с торчащими скалами. На размываемых возвышенностях образуются мокрые пустыни, где на сплошных зыбучих песках ничего не растет и не задерживается. Вся живность концентрируется в многочисленных водоемах, на торчащих скалах или по берегам водоемов, где грунт сравнительно плотный и выдерживает вес крупных тел. В том числе и растительность.
Днем вода в океанах нагревается от проникающих сквозь тучи солнечных лучей. Ночью вода в океанах слегка охлаждается от нижних слоев воды. Появляется разница в нагреве воздуха над океанами и над сушей, с моря по утрам начинает дуть довольно сильный и ровный ветер, разгоняющий туман испарений. От этого свежего ветра всё живое лезет в укрытия или в воду для того, чтоб согреться. Либо этот ветер используют летающие животные для поиска корма или перелетов. Морские приливы, заливают громадные пространства около береговых болот и низменностей.
Морская вода с приливом поднимается на десятки и даже сотни километров в верх по рекам. Морские берега напоминают болота с лабиринтом проток и стариц.
Вряд-ли современному человеку понравится такой климат. Миллионы лет идет дождь, вечный полумрак от тяжелых туч и сырость, нет возможности высохнуть и увидеть Солнце, Луну, звезды и просто голубое небо.
Продолжение следует…
Источник
Как работает и греет Солнце
Солнце — главный источник энергии на Земле. Без него невозможным было бы существование жизни. И хотя все буквально вертится вокруг Солнца, мы очень редко задумываемся над тем, как работает наша звезда.
Структура Солнца
Чтобы понять, как работает Солнце, сначала нужно разобраться в его структуре.
- Ядро.
- Зона лучистого переноса.
- Конвективная зона.
- Атмосфера: фотосфера, хромосфера, корона, солнечный ветер.
Диаметр солнечного ядра составляет 150—175 000 км, около 20—25% солнечного радиуса. Температура ядра достигает 14 млн градусов по Кельвину. Внутри постоянно происходят термоядерные реакции с образованием гелия. Именно в ядре в результате данной реакции выделяется энергия, а так же тепло. Остальная часть Солнца нагрета этой энергией, она проходит сквозь все слои до фотосферы.
Зона лучистого переноса находится над ядром. Энергия переносится с помощью излучения фотонов и их поглощения. 
Над зоной лучистого переноса находится конвективная зона. Здесь перенос энергии осуществляется не переизлучением, а переносом вещества. С высокой скоростью более холодное вещество фотосферы проникает в конвективную зону, а излучение из зоны лучистого переноса поднимается на поверхность — это и есть конвекция.
Фотосфера — это видимая поверхность Солнца. Из этого слоя исходит большая часть видимого излучения. В фотосферу уже не проникает излучение более глубоких слоев. Средняя температура слоя достигает 5778 К.
Хромосфера окружает фотосферу, она имеет красноватый оттенок. Из поверхности хромосферы постоянно происходят выбросы — спикулы.
Последняя внешняя оболочка нашей звезды — корона, состоящая из энергетических извержений и протуберанцев, образующих солнечный ветер, распространяющийся к самым дальним уголкам солнечной системы. Средняя температура короны — 1—2 млн К, но есть участки с 20 млн К.
Солнечный ветер — это поток ионизированных частиц, распространяющийся до границ гелиосферы со скоростью около 400 км/с. Многие явления на Земле связаны с солнечным ветром, например, полярное сияние и магнитные бури.
Солнечное излучение
Плазма Солнца обладает высокой электропроводностью, что способствует появлению электрических токов и магнитных полей.
Солнце — самый сильный излучатель электромагнитных волн в мире, который дает нам:
- ультрафиолетовые лучи;
- видимый свет — 44% солнечной энергии (преимущественно желто-зеленый спектр);
- инфракрасные лучи — 48%;
- рентгеновское излучение;
- радиационное излучение.
Лишь 8% энергии отводится на ультрафиолетовое, рентгеновское и радиационное излучение. Видимый свет расположен между лучами инфракрасного и ультрафиолетового спектра.
Также Солнце является мощным источником радиоволн нетепловой природы. Помимо всевозможных электромагнитных лучей излучается постоянный поток частиц: электронов, протонов, нейтрино и так далее.
Все виды излучения оказывают свое влияние Землю. Именно это влияние мы ощущаем.
Воздействие УФ лучей
Ультрафиолетовые лучи воздействуют на Землю и все живые существа. Благодаря им существует озоновый слой, так как УФ-лучи разрушают кислород, который модифицируется в озон. Магнитное поле Земли в свою очередь формирует озоновый слой, который, как ни парадоксально, ослабляет силу воздействия УФ.
На живые организмы и окружающую среду ультрафиолет влияет многогранно:
- способствует выработке витамина D;
- обладает антисептическими свойствами;
- вызывает появление загара;
- усиливает работу кроветворных органов;
- повышает свертываемость крови;
- увеличивается щелочной резерв;
- дезинфицирует поверхности предметов и жидкости;
- стимулирует обменные процессы.
Именно ультрафиолетовое излучение способствует самоочищению атмосферы, устраняет смог, частицы дыма и пыли.
В зависимости от широты сила воздействия УФ излучения сильно изменяется. 
Воздействие ИК лучей: почему и как Солнце греет
Все тепло на Земле — это инфракрасные лучи, которые появляются благодаря термоядерному синтезу водорода с образованием гелия. Эта реакция сопровождается огромным выбросом лучистой энергии. До земли доходит порядка 1000 Ватт на квадратный метр. Именно за это ИК излучение очень часто называют тепловым.
Удивительно, но Земля выступает в роли инфракрасного излучателя. Планета, а также облака поглощают ИК лучи, а затем переизлучают эту энергию обратно в атмосферу. Такие вещества как водяной пар, капли воды, метан, диоксид углерода, азот, некоторые соединения фтора и серы излучают ИК лучи во всех направлениях. Именно благодаря этому имеет место парниковый эффект, который поддерживает поверхность Земли в постоянно подогретом состоянии.
Инфракрасные лучи не только нагревают поверхности предметов и живых существ, но и оказывают другое влияние:
- обеззараживают;
- улучшают метаболизм;
- стимулируют кровообращение;
- снимают болевые ощущения;
- нормализуют водно-солевой баланс;
- укрепляют иммунитет.
Почему зимой Солнце греет слабо
Так как Земля вращается вокруг Солнца с некоторым наклоном оси, в разное время года происходит отклонение полюсов. В первой половине года Северный полюс повернут к Солнцу, в во второй — Южный. Соответственно, меняется угол воздействия солнечной энергии, а также мощность.
То полушарие, которое повернуто к Солнцу, получает больше электромагнитных и других лучей, нагревается сильнее — наступает лето. Полушарие, которое отвернуто от солнца получает падающие вскользь лучи — наступает зима. Из-за измененного угла падения поверхность и атмосфера прогреваются слабее. 
Из-за изменения угла наклона зимой Солнце проходится низко над горизонтом. Соответственно, его лучи проходят длинный путь сквозь атмосферу. Зимой тепловая энергия растрачивается сильнее, за счет того что инфракрасные лучи встречают на своем пути и обогревают в 4-6 раз больше воздуха. До поверхности планеты доходит значительно меньше тепла, поэтому кажется, что Солнце почти не греет.
Так как прозрачность воздуха достаточно высока, видимая часть солнечного излучения доходит в любое время года практически в неизменном количестве.
Источник