Tất cả mọi vật chúng ta nhìn thấy hay cầm, nắm được đều có cấu tạo từ những hạt bé tí xíu gọi là nguyên tử. Nguyên tử bé đến nỗi không thể nhìn thấy bằng mắt thường, mặc dù vậy nguyên tử lại cấu tạo nên tất cả mọi vật trong vũ trụ.
Khi một vật nóng lên tức là các nguyên tử của nó có rất nhiều năng lượng và đang chuyển động. Nếu một vật lạnh đi, các nguyên tử của nó có ít năng lượng hơn và nằm im. Đúng là không gian vũ trụ là chân không, tức là không có gì ngoài đó cả, nhưng thực ra không phải là môi trường chân không hoàn toàn. Kể cả không tính những vật thể lớn như là các ngôi sao, hành tinh, sao chổi thì không gian vẫn không hoàn toàn trống rỗng đâu.
Sao Kim cũng được mặt trời sưởi ấm – nhưng bằng cách nào?
Trên thực tế, trong hệ mặt trời của chúng ta, mặt trời luôn luôn tỏa ra không gian vũ trụ gió mặt trời. Gió mặt trời là một phần tạo nên ánh sáng kì ảo mà chúng ta gọi là cực quang. Nhưng gió mặt trời không đặc lắm mà chứa rất ít nguyên tử, ít hơn nhiều so với không khí. Điều này có nghĩa là gió mặt trời không thể mang theo nhiều nhiệt và không thể nói gió mặt trời mang nhiệt đến cho Trái Đất.
Có 3 cách truyền nhiệt là dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ. Chúng ta cùng tìm hiểu lần lượt ba hiện tượng này để xem cách nào dẫn nhiệt tốt nhất qua không gian.
Dẫn nhiệt
Dẫn nhiệt là sự truyền nhiệt qua tiếp xúc trực tiếp. Nếu bạn sờ vào một đồ vật nóng, nhiệt truyền từ vật đó sang tay bạn. Nếu bạn sờ vào vật lạnh, nhiệt truyền từ tay bạn sang vật đó.
Một số nguyên liệu, ví dụ như kim loại, có khả năng dẫn nhiệt tốt. Các nguyên liệu khác, như là thủy tinh, dẫn nhiệt kém, còn được gọi là chất cách nhiệt.
Nhiệt cũng có thể truyền qua vật trung gian, ví dụ: nếu bạn cầm chiếc thìa để trong cốc trà nóng thì nhiệt truyền qua chiếc thìa làm nóng tay bạn.
Nhiệt truyền từ cốc trà nóng sang tay bạn.
Nhưng chúng ta không chạm vào mặt trời và vũ trụ là chân không nên không có gì đóng vai trò như chiếc thìa kia để dẫn nhiệt đến Trái Đất được. Vì thế có thể kết luận mặt trời không truyền nhiệt đến Trái Đất bằng cách dẫn nhiệt.
Đối lưu
Đối lưu là sự truyền nhiệt qua các luồng chất lưu. Chất lỏng và chất khí đều là các chất lưu và có khả năng dẫn nhiệt. Các nguyên tử sẽ chuyển động từ vùng nóng về phía vùng lạnh hơn, mang theo nhiệt và năng lượng.
Ví dụ khi bạn tắm bồn mà thấy nước nguội dần, bạn mở vòi nước nóng ra sẽ thấy dòng nước nóng chảy từ đầu này lan về đầu kia của bồn tắm. Các nguyên tử nóng sẽ va chạm với các nguyên tử lạnh và truyền nhiệt thông qua đối lưu cho đến khi toàn bộ nước trong bồn ấm đều.
Nhưng vì không gian vũ trụ là chân không, không có chất lỏng hay chất chất khí để dẫn nhiệt đối lưu từ mặt trời đến Trái Đất nên có thể kết luận mặt trời không truyền nhiệt đến Trái Đất bằng đối lưu.
Bức xạ
Những vật thể nóng, ví dụ như mặt trời hay cả chính cơ thể con người, tỏa ra nhiệt. Khi nguyên tử của các vật thể này chuyển động và rung động, chúng tỏa ra hay chính là “bức xạ” ra năng lượng điện từ và được gọi là “bức xạ nhiệt”.
Năng lượng điện từ có nhiều loại, một số loại chúng ta có thể nhìn thấy được, ví dụ như cầu vồng chính là ánh sáng do năng lượng điện từ tạo ra; một số loại không nhìn thấy được, như là năng lượng hồng ngoại mà cơ thể chúng ta khi nóng sẽ tỏa ra hay năng lượng vi sóng chúng ta dùng để nấu ăn.
Một chiếc máy chụp bức xạ nhiệt giúp bạn “nhìn” được nhiệt.
Không giống với dẫn nhiệt và đối lưu, bức xạ nhiệt không cần vật chất để truyền nhiệt. Năng lượng bức xạ từ mặt trời, đi qua môi trường chân không vũ trụ với tốc độ ánh sáng. Khi dòng năng lượng này tới Trái Đất, một phần truyền vào các chất khí trong khí quyển của Trái Đất, một phần đi xuyên qua khí quyển và làm nóng các nguyên tử trên bề mặt Trái Đất, một phần khác thậm chí là được hấp thụ trực tiếp qua da vào cơ thể chúng ta.
Mặt đất hấp thụ năng lượng bức xạ từ mặt trời và lại tỏa ra nhiệt. Một phần nhiệt tỏa ra từ mặt đất được truyền sang vật khác, giống như khi ta đi chân trần trên cát ở bờ biển vào mùa hè thì sẽ thấy nóng hoặc bỏng chân; một phần nhiệt lại được đối lưu thông qua gió và các dòng hải lưu; còn một phần thì bức xạ trở lại khí quyển, thậm chí là trở lại vũ trụ.