生活中,我们很多人都有这么一个很直观的感受:在太阳光下我们可以感受到整个身体变热的过程,甚至出汗,但同是光的普通灯光却不能这样,这是为什么?
要知道,无论是太阳光,还是灯光以及用于传播信号的各种微波,甚至是我们的4G和5G信号,本质上都是一种叫做电磁波的物质,它们都能产生不同量的电磁辐射。

电磁波谱
每一种电磁波都有不同的波长频率和穿透性,但传播速度都是光速——299792458m/s,其中波长、频率和光速的关系,可用下图中的公式表示:

光速=波长×频率
同是电磁波的太阳光和普通灯光有什么不同?
首先值得说明的是,太阳光和普通灯光并不仅仅属于一种电磁波,它们都是由许多的电磁波组成的,在整个电磁波谱条上分布是很宽的,但两者所含的主要电磁辐射,都是可见光。不同的是,太阳光中含有更多的红外和紫外辐射,它的整个波谱更加的复杂。

辐射能力谱
但可见光的辐射能力比紫外和红外强多了,这样看来,太阳光和普通灯光的辐射能力其实差别不是很大,从这个方面看,问题仍然无法有效地解答。
除此之外,太阳光和普通灯光还有很多不同,比如辐射源不同,太阳光的辐射源是太阳,这是一种自然光,但普通灯光的辐射源就是各种人造材料在通电情况下的发光,这是一种人造光。

大气辐射
另外,太阳光的辐射距离要比普通灯光远很多,它们多来自于十多千米大气的吸收、反射和散射,这里可能有人疑惑,太阳光不是太阳产生的吗?
其实不然,地球的白天天空背景是白色的,正是地球大气的存在,而没有大气的月球白天天空背景却是黑色的,也就是说我们看见的太阳光,其实是通过大气加工过的,尽管如此,普通灯光的辐射距离通常就几米,还是没有太阳光的远。
了解了一些太阳光和普通光的不同,我们可以更好地来谈问题的答案,这里主要有以下三方面的原因:
辐射功率的不同
一个物体的辐射功率往往和物体的辐射源有很大的关系,太阳就是一个巨大的辐射源,在太阳内部,巨大的高温高压可以在一秒内将6亿吨的氢转变成氦,并释放400万吨的能量,其中的22亿分之一给了地球,在通过地球大气的吸收、反射、散射,最终照射到地表上。
这样分配到地表每平方米的能量依然巨大,可达上千瓦,而这仅仅是太阳光1秒钟的辐射功率。相比于太阳光,普通的灯光一秒钟的每平方米辐射能量,几乎微乎其微,甚至很多穷尽一生寿命也不能达到千瓦。

正午的太阳光直视会灼伤眼睛
有两件小事可以佐证普通灯光的辐射功率完全不能和太阳光比:
- 将普通灯光放到太阳光下,通常不靠近看都不知道它亮着。
- 普通灯光可以用肉眼直视,阳光却无法直视。
辐射吸收的不同
太阳光拥有更宽的辐射频谱,其中有大量频段对应于空气中的水蒸气、氧气和二氧化碳以及其他微小颗粒的吸收频线,这导致太阳光可以很容易的加热空气,使得这些空气粒子变得很活跃。

大气粒子对阳光不同频段的吸收情况
“室外更加暖和”,“热浪滚滚”都可以形容被阳光加热的空气,置身于空气中的人感受大的大部分热量也正是来自于自身所处的大气里。
灯光频谱几乎全部集中在可见光,释放的光子并不能被空气中的粒子吸收,也就不能加热空气,人通常也就感受不到热。
辐射频谱的不同
这个原因在于太阳光除了辐射灯光也辐射的可见光,还辐射包括红外线、紫外线以及它们之外的不可见光,其中的近红外线是人可以感觉到的“热效应”的,灯光这个也没有。

太阳的辐射谱
以上三方面的原因,辐射的功率不同是最主要的,辐射的吸收次之,最后辐射的频谱贡献其实不大,地球的大气,尤其是臭氧层,已经过滤了大部分的紫外线,红外线也被大气上层大量反射到宇宙空间。
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