我們都有這樣的生活經驗：夏天最熱時，地球表面溫度能飆升到70攝氏度左右，但你知道嗎，就在我們頭頂的太空，平均溫度卻只有大約零下270攝氏度，接近絕對零度，可以說是一個非常寒冷的環境。隨着探月工程的推進，我們也常聽說月球車處於月夜極寒的環境中，周圍溫度只有大約零下180攝氏度，而當處於月晝時，月表溫度最高可達到120攝氏度以上。

爲什麼會出現如此巨大的溫差？一個常見的問題是：既然太陽爲地球提供了大量的熱量，那爲什麼宇宙空間卻又寒冷無比？反過來，假設我們駕駛一艘宇宙飛船飛往太陽，是不是會越來越熱？這些問題的答案，其實都指向同一個關鍵——太陽輻射對溫度的影響。

太陽輻射對周圍宇宙空間可產生較大的影響

（圖片來源：NASA）

太陽的熱，不是“烤火”那麼簡單

太陽是太陽系內的一顆恆星，爲地球上的萬物提供了巨大能量。從天體生物學角度看，恆星在一個多行星系統中扮演着重要角色，在一定程度上也決定了其周圍巖質行星能否演化出適合生命誕生的環境。

太陽核心的溫度超過1500萬攝氏度，外層的光球層溫度也可達到大約5500攝氏度。太陽看似是個巨大的火球，但它對周圍天體的影響並不像在篝火旁烤棉花糖那樣，我們在地球上接收到的熱量實際上來自太陽釋放的輻射。

太陽的光球層溫度可達到大約5500攝氏度

（圖片來源：quantamagazine.org）

太陽輻射源於太陽上一直髮生的核聚變反應，這些能量主要以電磁波的方式向宇宙空間發射，理論上可遍佈太陽系，其中主要爲紅外輻射、可見光和紫外輻射，當然還有極少部分是X射線、極紫外等。其中，可見光和部分紅外、紫外可抵達地面，極紫外還有X射線等會被大氣層吸收。這些電磁波與地球上的粒子發生相互作用，比如照射到物體表面時，可增加粒子的動能，導致粒子運動速度加快，這種運動的增強所引發的結果就是溫度變化。

然而，在幾乎接近真空的外太空環境中，物質粒子極其稀少。在太陽輻射傳播的路徑上，缺乏足夠的粒子與輻射發生相互作用、接收其能量。由於無法通過這種機制有效傳遞熱量，這就使得外太空的環境溫度非常低，平均溫度只有大約零下270攝氏度，接近絕對零度。

雖然我們距離太陽非常遙遠，但輻射可以傳遞能量

（圖片來源：johnsonwindowfilms.com）

但是，當我們將物體至於太陽輻射之下，電磁波就會與物體表面的粒子發生相互作用，使其振動越來越劇烈，粒子運動速度加快，溫度也隨之升高。這就解釋了爲何接近真空的外太空環境溫度只有大約零下270攝氏度，而地球上較熱的地方溫度卻可升到70攝氏度。由此可看出，太陽輻射並不依賴熱源與被加熱物體之間的直接接觸來傳遞能量，我們即便沒有觸碰到太陽，也能感受到來自太陽的能量。

航天器逐漸靠近太陽，是否處於很熱的環境中？

外太空環境接近真空，粒子非常稀少，太陽輻射完全作用在物體被光照的表面，這會使得航天器外部溫度出現極大波動。以空間站爲例，在被太陽光照射的一面，溫度可達到150攝氏度以上，而背陰面則會驟降至零下100攝氏度，甚至更低。這種劇烈的溫差對航天器設備，尤其是航天員出艙時所穿的艙外航天服，提出了極其嚴苛的性能要求。

當航天器向太陽進發，逐漸靠近太陽的時候，顯著的變化是與太陽的距離拉近了，這意味着受到太陽輻射逐漸增強，每平方米接收的輻射，遠超在地球軌道時的水平。這使得航天器朝向太陽一側溫度不斷升高。儘管此時空間環境的粒子密度雖然有所增加，但對溫度提升的影響仍遠不如太陽輻射的直接加熱作用。

帕克探測器抵近太陽時接受到強輻射作用

（圖片來源：jhuapl.edu）

以帕克探測器爲例，在飛至距太陽約600多萬公里的位置時，其頂部碳複合材料防護罩朝向太陽一面的溫度約1377攝氏度。數據顯示，從數據也可以看出，頂部防護罩背向太陽一則的溫度大約是315攝氏度，與正面1377攝氏度的溫度相比，降低了不少。後方儀器艙經過冷卻系統處理後，環境溫度可接近室溫，大約是30攝氏度。這說明，即便在日冕區域內運行，航天器最熱的地方也僅是朝向太陽的隔熱罩，其陰影保護下的區域溫度會顯著降低。

此時航天器所在的位置是太陽外圍的日冕區。這個區域有一個顯著特點：溫度可達到數百萬攝氏度，遠高於太陽表面溫度。儘管如此，航天器仍然在此區域安全穿行，只需重點做好向陽一側的隔熱保護。這背後的原理是：日冕區域的粒子密度稀少，溫度之所以達到數百萬攝氏度之巨，是因爲在太陽磁場等多種機制的作用下，日冕區域粒子以非常高的速度運行，推高了日冕的溫度。然而，由於粒子的密度稀少，即便速度快，它們能夠傳遞的總能量依然非常有限。

前端碳複合材料防護罩溫度最高，躲在後方的設備艙溫度大幅度降低

（圖片來源：NASA）

由此看出，當一個航天器從地球軌道飛向太陽並進入日冕區域時，其向着太陽一側的溫度會從上百攝氏度增加到上千攝氏度。儘管日冕的理論溫度極高，但由於其粒子密度極低，只要航天器通過熱防護系統有效阻擋來自正面的太陽輻射，就能保護其他部分不被燒燬。

如果航天器繼續向日冕深處前進，不斷靠近太陽，此時強烈的太陽輻射會將其表面加熱到極高的溫度。2011年發生的真實案例印證了這一點：一顆名爲“洛夫喬伊”的彗星抵達近日點，距離太陽表面僅約14萬公里，遠小於帕克探測器與太陽的距離。儘管科學家曾預測這顆彗星將在強烈的太陽輻射下完全解體，但後續觀測證實它最終倖存了下來。不過，洛夫喬伊彗星也爲此付出了巨大代價——其相當一部分物質在高溫中蒸發殆盡。

洛夫喬伊彗星衝入距太陽約14萬公里的近日點，遭遇強烈的太陽輻射

（圖片來源：NASA）

結合帕克探測器和洛夫喬伊彗星案例可以看出，航天器在逐漸靠近太陽的過程中，太陽輻射是導致其朝向太陽一側溫度不斷升高的主要原因。儘管日冕區域粒子稀少，看似溫度高達數百萬攝氏度，但只要躲在碳複合材料防護罩後方的陰影區內，即可免受上千度的高溫襲擊。

還有什麼在影響太陽的“加熱效果”？

太陽輻射的加熱效果與距離密切相關：距離太陽越近，物體接收到的輻射能量就越強，溫度也隨之升高；反之則減弱。

此外，在宇宙中，行星是否有大氣層，也會影響到太陽輻射的作用效果。以地球爲例，地表在被太陽輻射直接作用下，溫度並不會無限上升。這得益於地球大氣層和氣候系統的調節作用，它們不僅能將太陽輻射產生的熱量從赤道重新分配到兩極，同時也向太空輻射熱量，從而讓流入的太陽輻射與流向太空的輻射達到一種平衡狀態。

如果沒有大氣層和氣候系統的存在，地表溫度會很低

（圖片來源：open.edu）

同理，對於缺乏大氣調節等機制的月球、水星等天體，在有光照和沒有光照的條件下，就會產生巨大溫差。以月球爲例，月晝狀態下，在光照區域溫度可達到120多攝氏度，一旦進入月夜後，溫度就驟然降低到大約零下180攝氏度，溫差極爲懸殊。正因爲此，儘管地球和月球到太陽的距離非常接近，但是表面溫度卻大相徑庭。基於這些熱特性，航天器通常採用特殊表面材料、高效塗層、遮陽板和冷卻系統等手段，來精確管理太陽輻射帶來的熱影響。

從地球的溫暖到太空的極寒，從月球表面的“冰火兩重天”到帕克探測器在日冕中的穿行，我們看到了太陽輻射在宇宙中塑造出的多樣熱環境。正是這種奇妙的物理機制，讓生命在地球上繁衍生息成爲可能，也讓人類探索太陽系邊際的夢想變得更加真實。

出品：科普中國

作者：川陀太空（科普創作者）

監製：中國科普博覽