数太阳：Day 4

防辐射，防晒黑！温度过高，不宜上天台数太阳~

还是探索一下晒太阳的终极原理好了~

只要物体之间存在温差，热量就会以电磁波的形式向进行传递，地球人称热辐射。太阳表面温度很高（据人类观察测量，太阳表面温度高达5500℃），地球表面平均温度较低（最高不过几十℃，呃，温度太高的话人类都活不下去了），两者之间温度相差玄虚，因此太阳会将大量的热源源不断的通过热辐射的方式传递给地球。

初中物理告诉我们，热量的传递方式主要有三种：热传导、热对流以及热辐射。在太阳与地球之间是茫茫的外太空，目前认为外太空环境是高度真空的，因此太阳的热量难以通过热传导与热对流的方式传递给地球，此时热辐射几乎成了它们之间唯一的传热方式。

地球表面有厚厚的大气层（据不可靠消息，大气层厚度超过1000公里），也幸亏有这么一层大气保护，否则不用上天台晒太阳，太阳隔着墙也能把偶晒成肉干。地球大气层成分比较复杂，有各种透明的气体（氮气、氧气、二氧化碳什么的）占了绝大部分，还有一些尘埃与水蒸气。

来自搜狗百科的不知道可不可靠的消息称：按照大气层的各种气体体积分数分类，其主要成分包括：氮78%、氧21%、氩0.93%、二氧化碳0.03%、氖0.0018%，此外还有水汽和尘埃等。

太阳辐射能量在外太空一路畅通无阻地到达地球大气层后遇到了阻碍，行程变得极为艰难。大气层中的透明气体成分虽然不会阻止辐射能量的前进方向，但是会吸收辐射能量使其减弱。大气中的水蒸气不仅会吸收辐射能量，会使辐射能量改变前进方向。而尘埃就更腻害了，它不仅吸收能量，还会反射和散射能量，俺们经常看到的晴朗的天空是蓝色的，九成九的罪魁祸首是大气中的尘埃在搞鬼。所以太阳能量达到大气层外面后，只有大概45%的能量能达到地表。能量被大气层反射和吸收了五成半。当然晴朗的天气打折要少些，阴雨天气会打更多的折扣。

总体来讲，辐射能量通过有介质的空间后的能量行为如下图所示（图形来自Fluent Theory Guide 5.3.2），在辐射能量行进过程中，部分能量被介质散射与吸收。

辐射能量到达目的地后，遇到不同的介质其表现也大不相同。比如幼儿园老师告诉我们，黑色容易吸收热量而白色不容易吸收热量，玻璃容易透射热量而墙壁容易吸收热量。这种材料的特殊性对辐射能量的传播过程中起到了非常重要的作用。

大学物理中学过黑体辐射，知道物理学中有白体、黑体、灰体和透明体的概念。白体黑体和透明体都是理想概念，自然界中只存在灰体。白体只反射能量，黑体只吸收能量，透明体只透射能量，太过于绝对的概念肯定都不真实，自然界中所有的材料都是灰体，既吸收也反射还透射，只不过不同的材料侧重的能力有差异罢了。

如下图所示半透明材料（图形来自Fluent Theory Guide 5.3.6.7.1）接收外部辐射能量的表现行为。典型的半透明材料如玻璃，其接收辐射能量后，一部分辐射能量被反射（包括镜面反射与漫反射），一部分能量被透射（折射与散射），剩下的部分被材料自身吸收。

晒太阳，其本质原理是让物体接收太阳辐射的能量，这也即晒太阳的终极原理！人如是，太阳能热水器亦如是~

太阳光到达地球表面是如此的艰难，阳光明媚，且晒且珍惜~

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道