為什麼我們看到太陽會覺得溫暖?


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為什麼我們看到太陽會覺得溫暖?

這是個很有趣的問題,但要分成兩方面來解釋。

我們都知道,太陽是恆星,由於內部強烈而持續的核聚變,它會發光。光本身並沒有溫度,我們覺得太陽溫暖是因為陽光照射到物體產生熱,從而給我們以溫暖的感覺。

陽光輻射物體產生熱

並不是所有的光都能讓我們感覺到溫暖。你可能會說星光和月光太弱,但即便是日光燈很亮,你靠得很近,也不會有多少溫暖的感覺。這到底是為什麼呢?

太陽發出的電磁波覆蓋了整個光譜,包括伽馬射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、微波以及長波。每一個光子都攜帶著不同的能量,這取決於它們的頻率和波長。當光子遭遇物質阻擋時,會出現以下三種情況:

一、視若無物,直接穿過,因為相對於光子的頻率,物質原子間的空隙實在是太大;

二、光子會與原子殼層的電子相撞,將能量傳遞給電子(光子被吸收),電子獲得能量後躍遷到更高能級然後又掉回來,同時向外釋放一個光子;

三、光子被原子吸收,使原子發生更劇烈的振動(這些原子本身就一直處於振動狀態),這時候我們說光子與原子產生了“共鳴”。

在第一種情況下,光子與物質之間並沒有交集,它不會加熱物質;而第二種情形會使我們看見這個世界,因為光子被物質反射和散射;只有當光子與物質產生共鳴時,我們才會感覺到熱,而這取決於光的頻率以及物質原子的性質。

光子可以加熱我們的身體

對於我們人體以及地面上大多數物質而言,太陽發射的長波可見光、紅外光以及毫米波更容易產生共振。當這些光照射到我們身體時,原子吸收光子產生振動,從而撞擊周圍的原子、帶動整個分子和附近的分子都振動起來,於是我們覺得熱。

分子振動加劇使我們溫暖

相比之下,藍色、紫色等高頻率光不容易使我們身體的原子產生共振,於是我們認為它是“冷光”。

你也許注意到了,我將“冷光”打上了雙引號,因為光本身並沒有冷熱之分,只因為它們攜帶的能量不同而表現出不同的頻率(或波長)。

當我們點燃木頭或煤炭,它們會在燃燒的同時發出橘紅色或黃色的光芒,光輻射使我們發熱,於是我們感覺紅光和黃光是溫暖的,實際上火焰中的紅外線對溫暖我們的身體起到主要作用,只是我們看不見它。

陽光的顏色與火焰近似

在地球大氣層頂部的陽光中含有約40%的可見光、10%的紫外光和大約一半的紅外線。由於地球大氣層吸收了77%的高頻紫外光,所以在正午的陽光裡會有3%的低頻紫外光、44%可見光以及約53%的紅外線。太陽令我們感到溫暖,它在一天的大多數時間裡偏向黃色,而在早晨與黃昏時,由於大氣層的瑞利散射太陽看起來是橘紅甚至紅色,於是我們心理上將紅色到白色之間的顏色定義為暖色調。即使你看到太陽或者火的圖片,心裡也會覺得那是溫暖的。

陽光中含有近一半紅外線

事實上,更熱的光源發出更“冷”的光。

攝影愛好者對“色溫”這個概念並不陌生,藍光的色溫很高,因為溫度超過10000K(溫度單位:開爾文)的光源會發射出藍色的光子;太陽光在大氣層之外的色溫是5900K,當太陽處於地平線附近時,它的色溫大約只有1850K;而當我們點燃一堆篝火,它的色溫大約是1700K,但其中含有更多能使我們發熱的紅外線。於是我們認為色溫高的藍色是冷色,而色溫低的紅色是暖色。

低色溫對應暖光

我們看到太陽,感覺到溫暖,因為陽光照射到我們身體時會產生熱能,這給我們留下溫暖的記憶;陽光在大多數情況下看起來更偏向於紅色,這與火焰的顏色相似,我們在心理上會認同太陽是溫暖的,即便是你在手機上看到太陽的圖片,也一樣會有溫暖的感覺。

陽光溫暖是一種心理認同

與之相反,那些白色或藍色的發光體,即便它們的光芒更強烈,由於不能使我們的身體發熱,我們也會將其歸為冷光。