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跟胖哥学物理给太阳系测体温

(2018-12-19 11:14:07)
标签:

杂谈

分类: 生活中的物理
跟胖哥学物理给太阳系测体温

         大行星是太阳系的八个大行星,按照离太阳的距离从近到远,它们依次为水星()、金星()、地球(⊕)、火星()、木星()、土星()、天王星()、海王星()。八大行星自转方向多数也和公转方向一致。只有金星和天王星两个例外。金星自转方向与公转方向相反。
       我们所说行星温度,是指行星处于辐射平衡条件下所具有的温度。因为行星热量来自于太阳,太阳系行星的温度一般取决于行星与太阳的距离,但也有例外。金星比水星离太阳更远,但是温度却比水星高许多。这是因为金星的周围有着浓密的大气和云层,在温室效应的作用下,热能受大气层的反射而无法散出,保留在大气层内。因此,金星虽然距离太阳比水星远,可表面温度却比水星还高。
        大家很容易理解,对于我们生活地球,测量它体温应该是比较容易的。其实也不是大家想象那样,当然地球不同区域,因为太阳照射角度和地球自转原因,造成地球不同地球温度是不一样的。其实,人各个不同器官温度也不尽相同。我们说的体温,应该是一个各地地方稳定平均值。
       自从19世纪80年代以来,在全球各国的陆地以及海洋等领域,都建造了一些比较可靠的气象监测站,这是高科技发展的一种结果。到了20世纪60年代的时候,又有一些科学家他们开始使用一些卫星对地球的温度进行获取。尽管那些卫星是不直接对地球的温度进行测量的,但是这些卫星却可以对地球大气中的氧气释放辐射进行测量,而这种辐射的强度,其实与地球的气温存在很大的关联,借助于计算机的程序,可以将这两方面的数据进行转换,最终可以得出全球温度的一个平均值。据说,通过科学家不断测量,发现地球温度再不断上升,这就是我们说地球在变暖一个最初来源。
        大家感兴趣就是,如何对地球以外行星温度测量。其实,原理很简单,大家在初中物理就学过“红外线的热效应”。一切物体都会辐射红外线,温度越高,辐射红外线就越强。红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射,它是基于任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动,并不停地辐射出热红外能量,分子和原子的运动愈剧烈,辐射的能量愈大,反之,辐射的能量愈小。
         温度在绝对零度以上的物体,都会因自身的分子运动而辐射出红外线。通过红外探测器将物体辐射的功率信号转换成电信号后,成像装置的输出信号就可以完全一一对应地模拟扫描物体表面温度的空间分布,经电子系统处理,传至显示屏上,得到与物体表面热分布相应的热像图。运用这一方法,便能实现对目标进行远距离热状态图像成像和测温并进行分析判断。
        红外摄像机可以显示人体的热点。我们也可以采用同样的技术,通过红外探测器,了解外太空中物体的温度。所有温度在绝对零度以上的物体都会或多或少地释放红外辐射,温度越高,释放的辐射量也就越大。
       不过,虽然原理上与红外相机测体温差不多,可并不是说把红外探测器对准天空,就能够直接得到我们需要的数据。地球大气中的气体会吸收部分红外光,所以想要获得行星和恒星的温度数据,需要把设备放到太空中去。可以把高度灵敏的红外线仪器放置在空间探测器,或者像哈勃和斯皮策这样一些太空望远镜上,通过这些太空设备上的红外线仪器探测太阳系中行星反射释放的辐射量,减少因为地球大气层干扰而产生的数据误差。利用这种方法,我们甚至可以得到更远处星球的温度数据。
       人类探测其他星球温度出来红外线方法外,还有热辐射,热辐射是指是物体由于具有温度而辐射电磁波的现象,简单来说:只要具有温度的物体都会进行热辐射。譬如我们对太阳温度测量就是采用这种方法。
       太阳是一个自身不断进行热辐射的巨大恒星,物体表面所辐射光(电磁波)的波越长,其表面温度就越低,物体表面辐射光(电磁波)的波越短,则意味着表面温度就越高,科学家通过仪器计算出太阳表面的光谱,然后根据太阳表面的颜色对照光谱,就可以推算出太阳表面的温度了,大约在5500摄氏度左右。同样的,人类是用星球辐射出来的光的颜色来测量星球温度的。对于一黑体,其颜色与温度是一一对应的。橙色光大约是3000度(白炽灯光)黄色是5000-6000度。太阳光就黄白色光。
        其实,还有一种方法,也就是我们初中所说的光谱分析。所谓光谱,是复色光经过色散系统(如棱镜、光栅)分光后,被色散开的单色光按波长(或频率)大小而依次排列的图案,全称为光学频谱。光谱中最大的一部分可见光谱是电磁波谱中人眼可见的一部分,在这个波长范围内的电磁辐射被称作可见光。用光谱分析。光谱分析各大星球发光的明线光谱和吸收光谱,将光谱谱线的强度和已知星球进行比对,从而测算出待测星球的表面温度。
由于人类采用多种方法,测出八大行星体温,当时是一个行星温度平均值,它对我们从事宇宙探测有重要意义,下面就是八大行星体温: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。
        其实,对于一个行星,它内部各点温度我们还是无法准确掌握,希望我们发射探测器直接登陆,这样测回来数据才更具有真实性。希望同学努力学习,参与对各行星登陆器发明和发射中去,为我国的航天和天文学做出自己贡献!
2018年12月20日于宜昌夷陵吾同斋

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