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原創 瞻云 瞻云 2023-08-15 20:01 發表于江蘇 眾所周知，太陽的溫度高達6000℃。 有人便有疑問了，太陽的溫度明明如此的高，為什么它周圍的宇宙空間卻接近絕對零度？
對于這個問題我們不妨進行個思想實驗： 我們假設，手上有一個不被摧毀的溫度計。 我們把這個溫度計放在太陽周圍的宇宙空間，測得的溫度會是多少？
這是太陽溫度分布：
日冕距離太陽表面15~20個太陽半徑。所含粒子濃度達到10^15/m3。 所以，我們這個思想實驗，必須遠離日冕足夠遠。 因為距離日冕不夠遠的話，日冕的粒子就會加熱溫度計，讓我們測出很高的溫度。 其實，提問者疑惑的的，太陽周圍宇宙空間溫度接近絕對零度，在太陽近軌，都是不存在的。
當然，如果對于空曠的太陽系來說，這個周圍空間指的是地球甚至更遠軌道這樣的尺度，還是存在的。 也就是說，只有是第二種情況時，提問者的疑惑在存在。 所以，就第二種情況，我們繼續來進行這個思想實驗： 太陽輻射出來的光，其實就是一個不斷膨大的光球。 光球上的輻射密度，是隨著半徑的增長，成平方衰減的。
我們假設，我們溫度計測的地點，就在地球和太陽距離的正中間。 也就是差不多100個半徑的位置。
真實的太陽系天體比例 然而考慮到真實比例的距離后，卻是如下夸張的尺度：
當太陽為1米的球體時，遠距離已經看不清楚，而地球卻在畫面的邊緣 那大家告訴我，當我們這個溫度計恰好在太陽和地球正中間時，測得的溫度是多少呢？ 3000K? 0K? 其實都不是。
注意的是，我們這個理想的溫度計，必須不受太陽輻射的影響。 要么太陽輻射完全穿過，要么被完全反射。 如果相反，我們預設的溫度計是一個完全的黑體，能夠完全吸收太陽輻射出來的能量。即便在地球軌道，測出來的溫度，也高達80~120℃（具體看溫度計的形狀）。 因為哪怕地球這么遠的距離，每平米太陽光的功率也高達1367W，相當于普通家用電磁爐的功率。
根據輻射定律B=σT^4，可知溫度和熱輻射密度是四次方關系。 而半徑和面積是平方關系，面積和熱輻射密度一次正相關。 太陽表面溫度6000K，此時我們所處的位置，遠至100個太陽半徑時，太陽光的輻射密度會衰減為太陽表面的1/100^2。 所以，一個完全吸收輻射能量的黑體，表面溫度為：
也就是說，即便那個不存在的黑體溫度計，實際測得的溫度也只有600K左右，而不是3000K。
那我們用一個完全不吸收太陽輻射的溫度計，測得的溫度又是多呢？ 是0K左右嗎？ 其實也不是。 為什么測得的溫度并不是0K呢？ 因為太空不空（字面意義上的，而不是說量子漲落），即便是我們地球軌道附近的“真空”也是存在粒子的。
地球外太空的星際物質，大約每立方厘米5個粒子。 相對來說，人類制造的「真空」，每立方厘米的粒子，多達32000個。 即便太陽系之外的空間，也并不空。 我們的太陽系正在進入30光年的本星際云。
本星際云的粒子濃度為每立方厘米0.26個。 哪怕我們300光年范圍內的本星系泡：
也有每立方厘米0.1個粒子。 放之整個銀河系，同樣不存在真的真空。 所以測出來的溫度，不可能是絕對零度。 當完全不吸收太陽輻射時，地球外空間測得的溫度大約是3K左右。
地球外太空的溫度，其實也有太陽風的貢獻。 如果我們只考慮太陽風的話，在100個太陽半徑附近，測得的溫度也僅僅只有接近10K左右。 總的來說，溫度的本質是分子熱運動。 受限于太陽風、太空粒子密度，所以太空的溫度才接近絕對零度。 雖然太陽的能量很高，但主要是通過光子輻射到外太空。 只要光子不和你作用，溫度自然不會受到太陽熱輻射的影響。 |
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