47. 下雨和极光的成因

侯工

为什么天会下雨？一般人以为，水蒸汽升上天空，温度降低，水蒸汽凝结成水，落下来就成为雨了。

但是，为什么水蒸汽升上天空，温度会降低？也就是说，为什么天空的温度比地面低呢？

——一般人以为是因为高空（高山）空气稀薄，温度容易散失，所以温度会降低，但是，温度与空气的厚薄没有必然关系——在真空里，电炉照样可以产生高温。

原因在于速度守恒定律——物体总速度等于其宏观速度加微观速度，地面的宏观速度比高空小，其微观速度就大，而温度是物体内微观粒子速度的标志，微观粒子速度大，其温度就高。另一方面，由于地球在自转，高空（高山）的旋转半径比地面大，旋转的线速度就比地面大，也就是宏观速度比地面大。根据速度守恒定律，其微观速度就会减小，微观粒子速度越小，温度越低。所以，随着海拔的升高，温度就下降，于是，水蒸汽就凝结成水。

又有人以为这是永动机原理。

永动机是一类所谓不需外界输入能源、能量或在仅有一个热源不需要向外放热的条件下便能够不断运动并且对外做功的机械。

持有永动机观点的网友认为，湿热空气，绝热上升，自动变冷，不需要放热，所以降雨是单热源热动，符合永动机原理。

但是，为什么湿热空气，绝热上升，会自动变冷呢？这里隐含着速度守恒定律——由于随着海拔升高，旋转半径增大，宏观速度增大，微观速度减小，温度下降，那么，湿热空气上升的过程就是放热的过程，而放热是向云层外即系统外进行的，因而不能说不需要放热，这样，就不符永动机原理了。

湿热空气的形成，有人认为是因为阳光，阳光提供太阳能，有人认为是因为空气，空气形成温室效应，这些只是表面因素，不是实质原因，因为地球是一个整体，它的内部，既没有阳光，又没有空气，为什么温度有过千度那么高呢？——这是因为地球内部宏观速度小，根据速度守恒定律，其微观速度会加大，因而产生高温。

水蒸汽的能量无疑来自太阳能，但是，高山上接受的太阳能更多，理应温度更高，为什么温度反而比地面低呢？

——原因也是速度守恒，由于高山的旋转半径比地面大，宏观速度大，微观速度小，因而温度低。同理，由于云层温度低，因而水蒸汽凝结成水而形成雨落下来。

速度守恒定律是解释水蒸汽到高空时为什么温度会下降的问题，这是指相同纬度说的，不同纬度，接收的太阳能是不同的，纬度越高，接收的太阳能越少，温度越低。地表的温度主要还是依靠太阳能。虽然赤道地面温度很高，但是赤道高空的温度仍然是很低的，这是赤道下雨的原因。两极接收的太阳能少，因而温度较低。然而，由于两极的宏观速度较小，其微观粒子的速度就会加大，所以形成大量微观粒子加速运动发射到太空，遇到太空的宇宙射线就发出绚丽的极光——两极以这样的方式实现速度守恒。

综上所述，天会下雨的原因是速度守恒，高空的宏观速度比地面大，其微观速度就比地面小，导致温度降低，从而使湿热空气凝结成水，这样就有雨下来了。联想到高山顶上的皑皑白雪，也是同样的原因——高山顶的线速度大，即宏观速度大，其微观速度减小，温度降低而结冰。两极的宏观速度很小，其微观粒子速度更大，因而一发射到太空形成极光。