「科普探索」从太阳系中了解温度的一些冷知识

前 言

我们先看一道“脑筋急转弯”题：太阳温度约为6000度，地球温度约为15度，请问：太阳与地球之间的温度是多少？反应敏捷的人可能立即回答：约3000度！从数学逻辑上，看似正常的，其实却是大错特错！结果却是令人惊讶：零下270度！！如果按照3000度逻辑往下走，现有人类探索宇宙的所有方案都要推翻，需要重新制定，这么高的温度，一千度可以融化黄金，一千五百度可以融化钢铁，这样的条件下，很多金属都会融化，甚至气化，用什么材质的飞船才能穿越啦？宇航员也无须穿厚厚的，带有保温生态系统的宇航服，而应该是厚厚防冻服才对！

从地球向往太阳

太阳系各星球的温度

百度可以查出：太阳表面温度：约6000度；水星地表平均温度（摄氏）：167；金星地表平均温度（摄氏）：464；地球地表平均温度（摄氏）：15；火星地表平均温度（摄氏）：-65；木星地表平均温度（摄氏）：-110；土星地表平均温度（摄氏）：-140；天王星地表平均温度（摄氏）：-195；海王星地表平均温度（摄氏）：-200；从太阳出发，由内到外，各星体的温度逐渐降低，唯有金星例外，竟然比水星更高！为什么这样啦？因为金星像地球一样，有厚厚的大气层，大气压约为地球的92倍，于此同时，大气中二氧化碳含量高达97%，正由于二氧化碳这种温室气体，带来很强的温室效应引起的气温的持续升高。从上面所有温度，可以看出，太阳系中，除太阳以及各行星都有自己独特的温度特征外，剩余下来的可以说是茫茫宇宙空间，温度基本是统一的：-270度，是的，没错！

太阳系各行星

太阳系就是一个以占据了整个太阳系总质量的99.86%，直径大约有140万公里的太阳为中心，其每秒燃烧500万吨氢的速度，目前已经燃烧大约46亿年，预计还可燃烧60亿年，来维系各行星目前现有的温度，各行星之间却是冰冷的零下二百七十度的宇宙温度！为什么会这样啦？

太阳系及各行星示意图

宇宙温度的理解

要想理解宇宙温度，需要先了解温度，温度只是人类用来描述所能接触到物质的一种物理特征指标，更简单点就是说明物质内部粒子运动的速度特征。我们知道所有的物质都是由分子、原子等粒子构成，而这些粒子通常都是处于运动状态的，科学家发现并定义的温度是这样的，一个标准大气压下，冰水混合物，定义为零度；一个标准大气压下，水沸腾的温度，定义为100度；在这基础上，科学家也发现当让所有粒子处于静止状态时，这就是绝对零度，-273.15度；

温度测试

在这个温度定义的参照下，我们人体温度约37度，当手接触到零度的固态的冰时，冰中水分子运动大大慢于人体分子，就会延缓身体皮肤分子速度，这就是热传递，就是我们认知的“冷”，反之则为“热”。

离开地球之上的大气层，向着太阳方向，这1.5亿公里的征途上，绝大部分可以说是宇宙空间，这空间中是处于真空状态的，也就是没有大气，几乎没有分子原子等物质，当然除了宇宙射线、光子穿梭而过之外，也就不存在处于相对静止状态的粒子运动，自然而言，人类的温度定义，在这里也就不存在，或者说没有温度，有的只是宇宙辐射背景，硬要加上人类定义的温度的话，那即是宇宙温度咯，即零下二百七十度左右。

宇宙的温度

宇宙形成与宇宙温度

目前主流观点是奇点大爆炸形成的宇宙。138亿年前，宇宙只是一个拥有无限温度和密度的奇点，在一个普朗克时间达到了普朗克温度，约为1亿亿亿亿度，随着爆炸产生膨胀，诞生了时间和空间，以及还有从纯能量中产生的物质空间，宇宙因为膨胀也开始迅速降温。据说在宇宙大爆炸之后1秒时，宇宙的平均温度降为100亿度，最终形成我们目前的宇宙形态。

宇宙的开端示意图

基于这个事实，主宰宇宙平均温度的根本不是恒星，恒星只是宇宙大爆炸的热残余，恒星的光热对宇宙温度来说，几乎起不到什么加热作用，真正决定宇宙平均温度的只有宇宙微波的背景辐射。与此同时，膨胀后的宇宙，其实整体密度极低，只有大约10^-26千克/立方米。真可谓，这是一个稀疏而又浩瀚的宇宙啊！

膨胀后宇宙温度的示意图

总结与感悟

• 环看整个太阳系，如果太阳比喻为篝火的话，各行星只是围绕篝火转，被暂时温暖且带着温度的小天体，周围却是冰冷的、真空的、没有生机的宇宙背景辐射，以所谓的宇宙温度存在着！
• 所有的行星，正是由于自己物质的存在，才变得有温度，再加上周边吸附的稀落的空气分子，就如小棉被，才能裹住自己“保暖”，在尽情享受太阳暖暖冬日阳光下，而不至于完全置身于冷冷的宇宙温度之中瑟瑟发抖！
• 温度只是人类认识物质，人类本身也是一种物质条件下，认知周边物质的一种表达方式或指标；只有拥有物质，具备物质的原子分子成分，才配拥有人类称之为温度的东东，否则，面对的只有茫茫冰冷的宇宙空间。

有星云与恒星场的宇宙示意图