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科学探索

真锅淑郎获得诺贝尔物理学奖,还得从傅里叶计算地球温度说起

科学探索万象经验2023-05-08

200年前,法国物理学家约瑟夫·傅里叶研究了太阳对地面辐射和地面向外辐射的能量平衡。当系统处于平衡状态时,地球吸收太阳的净能量等于地球向外辐射的能量。

地球会向外辐射红外能量,假设地球是黑体,根据斯特潘-玻尔兹曼定律发射辐射,辐射公式为σT,其中σ为斯特潘-玻尔兹曼常数。由于公式表示的是单位面积的辐射量,因此我们还要乘上地球的表面积,由此得到总公式为4πRσT(公式2)。

我们让公式1和公式2相等,就可以算出地球的平均温度大约为-21℃。计算结果与实际不符,科学家经过研究之后得出了结论,地表向外辐射的红外能量会被大气重新吸收,从而提高地球的平均温度,这个结果就是我们所熟悉的温室效应。温室效应对地球上的生命至关重要,有了它液态水才得以大量存在。