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人类比太阳更明亮吗?

了解人类每平方厘米的能量辐射与太阳光度相比的惊人真相!

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你是天堂里唯一的光芒 你是唯一闪耀的光芒 你是天堂里唯一的光芒 现在那唯一的光芒是我的——Frankie Goes to Hollywood

拥抱者的哀歌

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如今北方的冬天似乎永无止境。博尔德这里天气异常寒冷,晚上需要紧紧依偎取暖,无论是人与人之间,还是与大小犬星(Canises Major and Minor)之间。依偎固然有趣,但也很有用:分享的体温就是翻倍的体温。

过一会儿可能会太热,就连 Mrs. BA 冰冷的小脚也会移开,稍作冷却。这时,我的思绪自然转向科学问题。我们的身体会产生大量热量。而太阳每天仅有零星的露面,我最近一直在思考太阳产生的能量与人类散发的能量的对比。我记得以前读过一篇文章,说如果我们比较太阳每平方厘米发出的热量与人体同一面积发出的热量,我们会发现我们实际上释放的能量更多!作为一个怀疑论者,我习惯于分析这样的说法;作为一个科学家,我拥有演算数字的“疯狂数学技能”;作为一个沟通者,我有一个可以滔滔不绝地谈论这一切的讲台。

那么,让我们开始吧。人类比太阳更具能量吗?

是的,下面是大量的数学计算。各位请做好准备,我先提醒一句。

发光的地方

实际上,数学并不难。温热的物体(实际上,任何温度高于绝对零度的物体)都会以一种特殊的方式发射能量,称为黑体辐射。人类和太阳都非常接近这种辐射体,将其视为黑体计算并不算太离谱。有一个简单的方程可以计算每秒发射的能量总量,称为光度

光度 = 物体面积 x σ x 温度⁴

其中 σ 是斯特藩-玻尔兹曼常数,只是一个数字(如果你想检查我的数学,它是 5.67 x 10⁻⁵ erg cm⁻² s⁻¹ K⁻⁴,K 是开尔文,温度单位)。这个方程是有道理的:在给定的温度下,物体越大,释放的能量越多。如果两个物体大小相同,温度越高的那个释放的能量越多(换句话说,更通俗地说,它会更亮)。

太阳很大,所以即使它比人冷,它在那场比拼中也会获胜!所以我们想在这里进行苹果对苹果的比较,取每平方厘米的面积进行比较,看看谁会赢。这意味着我们要计算光度除以面积,得到每平方厘米每秒释放的能量。重新排列一下,我们得到

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光度 / 面积 = σ x 温度⁴

嘿,等等!这立刻就清楚了一点:如果你想比较任何两个物体每平方厘米的能量发射量,*唯一重要的是它们的温度*。温度更高的那个会赢。

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这意味着我读到的说法——人类每平方厘米的能量发射量比太阳高——是错误的。太阳比人类*热得多*,所以它释放的能量远远多于一个人!事实上,这取决于温度的四次方之比。太阳的温度是 5780 开尔文,而人类是 310 开尔文。代入计算,太阳每平方厘米释放的能量是人类的 **121,000 倍**!

天哪。而且太阳的体积大得多。如果你不小心,你可能会觉得太阳释放的能量非常多。

加大音量

总之,我不会仅仅说这个说法是错的就此打住。这里还有更多的科学!与其使用面积,不如考虑*体积*?换句话说,假设人类和太阳的温度处处相同(我的意思是,人体的每一块都是 310K,而太阳是 5780 K)。那么太阳的立方厘米会比人类的立方厘米更亮吗?

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这计算起来有点难。我们需要太阳的总光度和体积,以及人类的相同数据。对于太阳,这部分实际上很容易,因为我们可以使用上面的光度方程(知道太阳的面积是 6.1 x 10²² 平方厘米,如果你想计算的话,我把这个任务留给你)。那么太阳每秒释放的能量大约是 4 x 10³³ 尔格/秒,尔格只是天文学家喜欢使用的一个能量单位。虽然它是一个小单位,但 4,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 这么多个仍然是很多的。

那么人类呢?嗯,我们需要人类的面积代入方程来计算光度,而且我们必须估计一下。就以我为例,假设我是一个巨大的长方体,就像一个鞋盒(或一个巨石)。我身高 177 厘米,宽约 50 厘米,深约 15 厘米。这给了我大约 25,000 平方厘米的面积。这是一个估计值,但足够了——如果我左右误差一倍,也不会有太大影响。

代入计算,我的光度是 1.3 x 10¹⁰ 尔格/秒。这比太阳小很多。但话说回来,我并没有那么热*

我是你的密度

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好了,快完成了!现在我们只需要将这些数字除以各自的体积并进行比较。太阳的体积是 1.4 x 10³³ 立方厘米。这意味着每个立方厘米释放 4 x 10³³ 尔格/秒 / 1.4 x 10³³ cc = **2.8 尔格/秒/cc**。所以每秒,太阳的每个立方厘米都会释放 2.8 尔格。好吧。那我是什么呢?

我的体积很容易估计:我知道人类的密度与水相同,即 1 克/立方厘米。我也知道我的质量大约是 75,000 克,所以我的体积必须是 75,000 立方厘米!轻而易举。

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最后,将我的光度除以我的体积得到 **170,000 尔格/秒/立方厘米**。

嘿,等等!这意味着我不仅比太阳更亮,而且*非常*亮!大约是太阳的 60,000 倍!

让 U 和 ME 组成气体

所以从这个意义上说,这个传说是有道理的。如果你想这样想,人类的每立方厘米释放的能量比太阳的相同体积释放的能量多得多!

但是,请稍等。这真的公平吗?

嗯,倒也未必。首先,太阳的立方厘米*多得多*(大约多 10²⁸ 倍,也就是十亿亿亿倍),所以当你除以这么大的数字时,太阳每立方厘米的能量会急剧下降。所以即使我们说,是的,人类每立方厘米的光度更高,最好也不要得意忘形。太阳仍然可以用大量剩余的立方厘米来蒸发我们。

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其次,请记住我做的假设,即太阳处处温度相同?这根本不成立。事实上,这简直是*大错特错*。太阳的核心温度是 15*百万*开尔文,所以那里的每个立方厘米都在释放巨大的能量:大约是人类肉体每立方厘米的 5 千万亿倍。但在该区域之外,太阳要冷得多,每个立方厘米的贡献也少得多。对整个太阳进行平均,并不是一个很好的思考方式,这使得比较变得困难,甚至毫无意义。

就像这个练习有任何深刻的、更深层次的真理一样。实际上,这只是一个找乐子和进行脑力体操的借口。而且,最终,归根结底是:太阳很明亮,而我们则不然。

但你早就知道了。当然,有些人比其他人更“热”。但我不太确定我能否为此进行数学计算。

向 BABloggee Brad Stacey 致敬。

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