【漫畫說科學】被熱輻射悶熱的地球

被熱輻射悶熱的地球
國立臺灣大學科學教育發展中心製作

熱輻射，是一種不需要靠任何介質來傳遞熱能的方式。太陽透過輻射把能量送到地球，讓人們享受它的溫暖。地球大氣層好像一個熱輻射遮罩，將地表吸收較短波長太陽光後放出的中紅外光「熱輻射」，和工廠大量產生、無法被回收利用的熱輻射，通通關在大氣層內，使得地表溫度上升，形成了溫室效應。

由於地球大氣外的空間就是太空，太空中的溫度是絕對溫度3K。對比於地球表面，太空可說是個極低溫、極巨大的冷凍櫃。許多科學家都想突破大氣障礙，嘗試將熱輻射發送到太空的「輻射冷卻」方式，來降低地球表面的溫度。

還好地球大氣層是一種具波長選擇性的熱輻射遮罩，允許部分波長的中紅外光穿透。清大的研究團隊開發出一種具含銀奈米結構的元件，可以調控從紫外光到近紅外光的反射與透射率。藉由改變元件結構的周期與形貌，再針對放射角度範圍與目標波長，來調整元件的放射率。當元件的放射率集中在地球溫室氣體的放射率8到14微米區間，科學家可以將蓄積在大氣的熱以輻射形式穿透大氣層送到太空，降低地表的溫度。

若能再降低成本且大面積製作，應用「輻射冷卻」元件技術散熱裝置，將可應用在煉鋼、煉鋁等工業大廠或空曠地區獨立建築物等上。

【放射率】「物體輻射的能量與同溫度的黑體輻射能量的比值」，它是物質吸收與輻射能量能力的指標，一個真正的黑體其放射率定為1，因此一般的物體其放射率小於 1，例如：金屬的放射率約為 0.04 到 0.4 之間，當放射率為 0.4，表示物體每秒輻射的能量為同溫度黑體的 0.4 倍。

參考資料：

• 穿透大氣層送熱到太空
• 輻射冷卻與氣溫
• 放射率或輻射係數
• 玻璃裡的節能知識