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太空非常寒冷，那为啥空间站反而担心仓内过热，增加散热呢？

量子科学论 2020-01-24 浏览26次

宇宙空间非常寒冷，星际尘埃温度可达-260℃，而宇宙微波背景辐射温度为-270.15℃，只比绝对零度高了2.7K。而绝对零度是物质原子、分子停止热运动的最低温度，这只是一个理论上存在的概念。宇宙空间温度这么低，但如果我们人体暴露在太空中并不会因为寒冷而死亡，更不会瞬间冻结，甚至你也不会觉得冷，只会死于低压环境；当然国际空间站并不会去担心空间太冷，而去加热宇航员所在的太空舱，反而要增加额外的设备，加大散热面积去给空间站降温，这是为什么呢？

先了解下简单的概念：什么是热量？什么是温度？

所有物质都是由分子和原子组成的。而原子和分子总是以不同的方式随机运动（包括平移、旋转、振动）。原子和分子的运动就产生了热量或热能。因此所有物质都有热能。原子或分子随机运动得越剧烈，热量或热能也就越高。当然，我们用来衡量热能的温度也就越高。

上图为动力学模拟的水分子动画。绿色的线表示氧和氢之间的氢键。氢键比共价键要弱得多。然而，当大量氢键协同作用时，它们会产生很强的热效应。那么温度是什么？

温度是衡量物质分子运动的平均动能，是大量分子热运动的集体表现，含有统计意义。对于个别分子来说，温度是没有意义的。因为一些原子和分子的运动速度比另一些快。温度是给定系统中所有原子和分子能量的平均值。温度与系统中有多少物质无关。它只是系统能量的平均值。简单来说，温度就是人们用来恒星物体冷热程度的物理量。

那么热量是如何损失的？就是说，热能如何传递？

热能可以通过三种方式从一个地方转移到另一个地方：固体传导，流体（液体或气体）的对流，以及热辐射。但是这三种方法中：传导是传递热量最有效的方法。如果系统中存在温度差，热量总是会从较高的温度转移到较低的温度。

热传导

当两个物体在不同温度下相互接触时，就会发生热传导。热能从较热的物体流向较冷的物体，直到它们处于相同的温度。传导是热量通过物质分子的碰撞而发生的单向运动，在两个物体接触的地方，较热物体中运动较快的分子与较冷物体中运动较慢的分子发生碰撞。

当它们发生碰撞时，速度较快的分子将部分能量（动能）传递给速度较慢的分子。较慢的分子获得更多的热能（动能），并与较冷物体中的其他分子发生碰撞。这个过程一直持续，直到来自较热物体的热能完全扩散到较冷物体。

有些物质比其他物质更容易传热。固体比液体好，液体比气体好。金属是热的良导体，而空气是热的不良导体。当你接触比你的皮肤更热或更冷的东西时，例如当你在温水或冷水中洗手时，或者我们与热空气、冷空气接触，这就是典型的传导传热。这是热量损失最快、最有效的方式，这不用多说，暴露在冷空气中瞬间就能体会到什么叫热量流失。

对流：

在液体和气体中，对流通常是最有效的传热方式。当液体或气体中较热的区域上升到较冷的区域时，就会发生对流。当这种情况发生时，温度较低的液体或气体就会取代温度较高的区域。这个循环导致了一个连续的对流模式，热量被转移到较冷的区域。当我们在锅里烧水时，就会看到热对流。上升的气泡是水较热部分上升到顶部较冷的部分。我们还听过这样一句话“热空气上升，冷空气下降”这是对大气对流的一种描述。热量通过空气的循环而转移。

热辐射：

传导和对流都需要物质来传递热量。辐射是一种最低效的传热方法，它不依赖于热源和被加热物体之间的任何接触。例如，即使我们不接触太阳，我们也能感受到它的热量。热可以通过热辐射在真空中传播。热辐射（通常称为红外辐射）是一种电磁辐射（或光）。辐射是一种能量传输形式，由以光速传播的电磁波组成。不需要交换质量，也不需要介质。

当原子的高能电子下降到较低能级时，物体就会发出辐射。损失的能量以光或电磁辐射的形式发射出来。原子吸收能量也可以是电子“跃迁”到更高的能级。所有物体都吸收和发射辐射。当能量的吸收平衡了能量的发射，物体的温度保持恒定。如果能量的吸收大于能量的发射，那么物体的温度就会升高。如果能量的吸收小于能量的发射，那么物体的温度就会下降。

掌握了以上的知识，我们就可以完美地解决问题。

为啥国际空间站害怕过热，要专门增加散热面积来降温？

为啥人体暴露在空间中并不会瞬间冻结？相信你已经有答案了，但是我还是再重复下。

关于外层空间最常见的误解之一是，任何进入外层空间的东西都会立刻被冻结。但实际上，由于空间是真空的，没有任何介质来进行热传导而带走热量，热能只能是通过电磁辐射（光）的方式缓慢的损失，而这个电磁辐射还在红外波段，可想而知这个过程是多么的缓慢，以至于像白矮星已经死亡的恒星，也需要数万亿年的时间才能冷却下来，实际上它们可能是宇宙中最后的热点。下面再举个例子：

如果我们把手伸进预热好的烤箱，其中的空气和金属架子的温度是一样的，但只有架子灼伤皮肤，因为它是一种致密的结晶体，可以非常有效地传导热量，而空气是由质量和密度低得多的气体组成的，相比之下空气是一个不良的热导体。还有在冬天我们敢靠近火炉去通过热辐射取暖，但你绝对不敢用手去摸火炉。这些例子都说明了热传导比热辐射要高效得多。

还有在同样的温度下，金属物体就要比空气冷得多，你可以摸下身边的金属物体试一下，这是因为金属能更快的带走身体的热量。