问题

据科学家分析,金星地表有 450℃。假如 如此高温的金星没了温室效应,实际温度会是多少?

回答
假如金星没有了温室效应,它的地表温度会有多高?

金星,这颗与地球大小相似的行星,却以其极端的地表高温而闻名,科学家们普遍认为其地表温度高达450℃。这个惊人的数字,很大程度上要归咎于它那厚重、由二氧化碳主导的大气层所产生的强大温室效应。那么,如果一夜之间,金星的温室效应消失了,它的地表温度又会变成多少呢?要解答这个问题,我们需要深入了解温室效应的工作原理,以及金星上其他可能影响其温度的因素。

首先,理解温室效应是关键。简单来说,温室效应是指行星大气层中的某些气体,如二氧化碳、水蒸气和甲烷,能够吸收并重新辐射地球(或其他行星)表面发出的红外辐射,从而使行星保持温暖。阳光中的可见光大部分会穿过大气层到达地表,地表吸收能量后升温,然后以红外辐射的形式将热量重新释放到太空中。如果没有温室气体,这些红外辐射大部分会直接逃逸到太空,行星的平均温度就会大大降低。

在金星上,情况尤为极端。它的厚重大气层中,二氧化碳含量高达96.5%,远远超过了地球。这种高浓度的二氧化碳就像一层厚实的毯子,将从地表散发出的热量牢牢锁住,导致温度不断攀升。

那么,一旦这层“毯子”消失,金星会变成怎样?

1. 移除温室效应的直接影响:

如果金星的温室效应消失,最直接的结果就是大量的热量将不再被大气捕获,而是直接散发到太空中。金星吸收到的太阳辐射量大致与地球相当,但由于温室效应,它的表面温度远高于地球。想象一下,你躺在阳光下,如果周围没有空气能够留住你身体散发的热量,你肯定会感觉凉快很多。

2. 考虑反照率(Albedo):

然而,仅仅移除温室效应是不够的,我们还需要考虑金星的反照率。反照率是指行星表面反射太阳光的能力。金星被一层厚厚的、高反射性的硫酸云层覆盖,这使得它成为了太阳系中反照率最高的行星之一(约70%)。这意味着金星吸收的太阳辐射总量相对较低。

在没有温室效应的情况下,金星吸收的太阳辐射量就会成为其温度的主要决定因素,同时还要考虑其散发热量的能力。

3. 模拟计算的推测:

科学家们通过复杂的模型来估算金星在没有温室效应下的温度。这些模型会考虑以下几个关键因素:

接收到的太阳辐射: 金星距离太阳比地球近,因此它接收到的太阳辐射比地球要多。
行星的黑体辐射温度: 任何物体都会发出热辐射,其辐射的能量与温度的四次方成正比(斯蒂芬玻尔兹曼定律)。行星在没有大气时,其表面温度可以近似看作是吸收的太阳辐射与散发的热辐射达到平衡时的温度。
反照率: 前面提到的,金星的高反照率会减少它吸收的太阳辐射。
行星的自转速度: 金星的自转非常缓慢,一个昼夜相当于地球上的243天。这意味着昼半球会长时间暴露在阳光下,而夜半球则会长时间处于黑暗之中,这会导致巨大的温差。

基于这些因素,科学家们推测,如果金星没有了温室效应,它的平均地表温度可能会下降到大约40℃到70℃之间。

为什么是这个范围?

没有了温室气体的“加热”: 450℃的地表温度,大部分是温室效应“贡献”的。一旦这部分热量散失,温度自然会骤降。
来自太阳的能量: 尽管有硫酸云层的反射,金星仍然比地球更靠近太阳,所以它会吸收更多的原始太阳能。
散发热量的能力: 没有了厚重的大气层,热量会更有效地辐射到太空中。
极端的昼夜温差: 缓慢的自转会导致白天的地方会非常非常热,因为持续的阳光照射,但因为没有温室效应,夜晚的地方会异常寒冷,因为热量会迅速散失。所以,如果说一个“平均”温度,它可能会被极端的寒冷和可能仍然存在的(但远不如现在)的温暖部分拉平。

想象一下:

如果金星没有了温室效应,它将变成一个冰封的世界,与现在我们想象中的那个炽热的炼狱截然不同。它的天空可能不再是浓厚的黄色,而是接近于真空,稀薄的、几乎不存在的大气中,或许会漂浮着一些微弱的尘埃。地表会被厚厚的冰层覆盖,可能还会有液态水(尽管液态水在如此低温下会冻结)。

结论:

所以,假如金星没了温室效应,根据科学家的分析和模拟计算,它的实际地表温度可能会降至零下几十摄氏度,大约在40℃到70℃之间。这个温度范围,虽然听起来也足够寒冷,但与它目前令人难以置信的450℃相比,简直是天壤之别。这充分说明了温室效应在决定行星气候上的强大力量,尤其是在像金星这样大气层组成极端的情况下。金星的例子,也为我们理解地球自身气候变化,提供了极具价值的参考。

网友意见

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如果没有了大气效应,地表最高温度可达到121℃,而夜晚的最低温度为-148℃。

金星白昼190℃,夜晚-266℃。


以下是推导过程:

金星轨道半径为:

地球轨道半径为:

地球上的太阳常数(垂直于太阳光线的单位面积,每秒钟接受的太阳辐射)是

太阳常数与公转半径的平方成反比。

那么金星上的太阳常数为:

行星通常按照黑体辐射来处理:

若把地球看成黑体,根据黑体辐射定律:

为Stefan-Boltzmann常数(即黑体辐射常数),大小为:5.67×10^-8W/(m2·K4).

热平衡时,

那么, ,也即190℃。

  • 比温室效应存在时,温度低了200多℃。

由于金星表面温度恒定,温度变化主要在大气中。

那么,从Stefan-Boltzmann公式反推,我们可以得出,金星二氧化碳的整体辐射系数(黑度)

在地球上,昼夜温差影响的地层温度通常为表层0~20cm的厚度,超过30cm昼夜温差的影响就比较微弱了。

热量梯度和温度成正比,与昼夜长度成反比。

裸体金星温度463K,大约是地球温度的1.5倍。

金星自转周期是地球的243倍。

预估金星恒温层的平均厚度为110m左右。

夜晚达到热平衡的时候:

地表传热等于地表黑体辐射,结合傅里叶定律有:

岩石导热率 约2W/(m·K),

得到夜晚温度

也即-266.15℃

也就是说,在没有任何大气产生温室效应的情况下,由于夜晚过于漫长,散失了绝大部分白天的热量,金星表面的温度与绝对零度仅仅相差7K。

同样的道理,容易得到:

如果地球没有大气,地表最高温度可达到121℃,而夜晚的最低温度为-148℃。

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