在炎炎夏日,地球表面温度有时会飙升至70摄氏度左右,而与之形成鲜明对比的是,地球头顶的太空环境平均温度却低至零下270摄氏度,接近绝对零度。这种巨大的温差引发了人们的好奇:为何太阳为地球带来热量,而宇宙空间却如此寒冷?同样,当航天器飞向太阳时,是否会因距离太阳更近而变得越来越热?这些问题的答案,都隐藏在太阳辐射对温度的影响机制中。
当物体置于太阳辐射之下时,电磁波与物体表面的粒子相互作用,使粒子振动加剧,运动速度加快,温度随之升高。这就是为何地球表面温度可升至70摄氏度,而外太空环境却寒冷无比的原因。太阳辐射不依赖热源与被加热物体之间的直接接触来传递能量,即使没有触碰到太阳,我们也能感受到其能量。
对于航天器而言,逐渐靠近太阳时,其外部温度会出现极大波动。以空间站为例,被太阳光照射的一面温度可超过150摄氏度,而背阴面则可能骤降至零下100摄氏度以下。这种剧烈的温差对航天器设备提出了严苛的性能要求。当航天器向太阳进发时,与太阳的距离拉近,受到的太阳辐射逐渐增强,每平方米接收的辐射远超地球轨道时的水平,导致航天器朝向太阳一侧温度不断升高。
以帕克探测器为例,在飞至距太阳约600多万公里的位置时,其顶部碳复合材料防护罩朝向太阳一面的温度约1377摄氏度,而背向太阳一侧的温度则大幅降低至约315摄氏度。后方仪器舱经过冷却系统处理后,环境温度可接近室温。这说明,即使航天器在日冕区域内运行,其最热的地方也仅是朝向太阳的隔热罩,阴影保护下的区域温度会显著降低。日冕区域虽然温度可达到数百万摄氏度,但由于粒子密度稀少,传递的总能量有限,因此航天器只需重点做好向阳一侧的隔热保护即可安全穿行。
太阳辐射的加热效果与距离密切相关。距离太阳越近,物体接收到的辐射能量越强,温度也随之升高。行星是否有大气层也会影响太阳辐射的作用效果。以地球为例,大气层和气候系统能够调节太阳辐射产生的热量,使地表温度不会无限上升。而对于缺乏大气调节机制的月球、水星等天体,在有光照和没有光照的条件下会产生巨大温差。例如,月球在月昼状态下光照区域温度可达到120多摄氏度,而进入月夜后温度则骤然降低至约零下180摄氏度。
基于这些热特性,航天器在探索太阳系时,通常采用特殊表面材料、高效涂层、遮阳板和冷却系统等手段来精确管理太阳辐射带来的热影响。从地球的温暖到太空的极寒,从月球表面的“冰火两重天”到帕克探测器在日冕中的穿行,太阳辐射在宇宙中塑造出了多样的热环境。这种奇妙的物理机制不仅让生命在地球上繁衍生息成为可能,也让人类探索太阳系边际的梦想变得更加真实。











