温室效应的物理理解

很多人都看过种植作物的温室，它的工作原理是这样的。当阳光照射到温室的玻璃或透明薄膜时，大部分光会穿透照到温室内部。然后这些光会被吸收，并重新向外辐射波长更长的红外线。我们看不到这种红外线，但我们可以感觉到它，因为它会让我们感觉很温暖。但是，玻璃会捕获红外，阻止能量向外散射，从而使温室变暖。

我们的地球也如温室，大气层就像玻璃一样，对来自太阳的大部分光是透明的：一些光被高层大气吸收，一些被反射，但是大部分光可以照射到地球表面。这使得地表开始升温，而地表又发出重新辐射红外线。但红外光并不容易穿过大气层，因为空气中的一些分子会吸收它。这就是所谓的温室气体，二氧化碳就是其中之一。更多的二氧化碳会导致更多红外辐射被吸收，从而使地球变暖。

事实上，温室效应并不那么简单，这次我们添加一些物理知识，使我们对温室效应的理解更加完整。阳光包含许多不同的频率，频率与光子的能量成正比，所以频率越高意味着能量越高。频率与光的波长成反比，波长越长意味着能量越低。

如果将能量绘制为其频率的函数，则可以得到所谓的光谱，下图就是所谓的太阳光谱。但这个光谱的形状并不是特定于太阳的，任何恒定温度下物体的光谱都有像这样的形状。温度越高，频谱向更高频率移动的越多，发射的能量越高；温度越低，发射的能量越少，这就是普朗克定律。如果你知道温度，那么普朗克定律会告诉你发射什么频率的光，以及总共发射多少能量。