Jak to się dzieje, że ciepło Słońca dociera do Ziemi?

Pytanie

Pyta tomek

Chciałbym zapytać jak to się dzieje, że ciepło Słońca dociera do Ziemi. Przecież wokół Słońca panuje niewyobrażalny „siarczysty mróz”. Mam na myśli temperaturę otaczającej przestrzeni, która wynosi około -273 C. Jak wiemy odległość do Słońca jest ogromna, a mimo to fala ciepła dociera do Ziemi.

Odpowiedź

Odpowiada Prof. Szymon Malinowski

W pytaniu są dwie rzeczy wymagające wyjaśnienia. Ciepło słoneczne nie jest przenoszone do Ziemi drogą przewodnictwa cieplnego (w takim wypadku materia pomiędzy nami, gdyby istniała, musiałaby się ogrzać), ale przez promieniowanie elektromagnetyczne emitowane z jego powierzchni. Zgodnie z prawem Plancka każde ciało  o temperaturze większej niż zero absolutne emituje promieniowanie elektromagnetyczne (tzw. promieniowanie termiczne), które niesie ze sobą energię, tym większą im wyższa jest temperatura ciała. Próżnia kosmiczna nie reaguje z tym promieniowaniem, ale gdy na drodze tego promieniowania umieścimy jakieś ciało które je jest w stanie zaabsorbować, to pochłonie ono tę energię. Tak jest z Ziemią, pochłania ona promieniowanie słoneczne. Jeśli tak, to rośnie jej energia i temperatura.  W związku z tym Ziemia też emituje promieniowanie elektromagnetyczne, a jej temperatura wynika z warunku równowagi energii absorbowanej i emitowanej. Szczegółowe, ale proste wyjaśnienie tych zjawisk przedstawiono tu. Każdy z nas doświadcza na co dzień zjawisk związanych z emisją i absorpcją promieniowania termicznego, czyli transportem ciepła przez promieniowanie elektromagnetyczne. Np. gdy siedzimy przy kominku czy ognisku to czujemy na skórze ciepło. Kominek czy ognisko emitują promieniowanie termiczne i nasza skora je absorbuje, co odczuwamy. Każdy z nas też emituje promieniowanie termiczne, dzięki czemu możne być zaobserwowany nocą przy pomocy noktowizora.

Druga sprawa to temperatura przestrzeni, średnia temperatura wszechświata. Nie wynosi ona -273 C, a ok. – 271 C, czyli jest wyraźnie (o prawie 3 stopnie C) wyższa od zera absolutnego. Związane jest to też z promieniowaniem elektromagnetycznym, pozostałością po tzw. „wielkim Wybuchu”, który zapoczątkował znaną (nauce) historię Wszechświata.