取之不尽的太阳能

**节 太阳及太阳能的基础知识 1．太阳的形成 同学们对太阳一定不陌生吧，小时候我们都学过《上学歌》：“太阳当空照，花儿对我笑……，我要上学校，天天不迟到……”。我们已经习惯了太阳升起的时候去上学，太阳落下的时候放学回家。 那么，太阳是怎样形成的呢？ 实际上，除了各种星体之外，宇宙之间还布满了气体和尘埃。其中，有一种低温、不发光的星际尘云，是形成恒星的基本元素。 这些星际尘云黑黑的，温度非常低。如果没有外力的作用，这些星际尘云就好像天上的云朵，在太空中飘浮着，没有什么大的变化。但是如果附近有某个星体发生爆炸，其产生的震波通过星际尘云时，会把这些星际尘云压缩变小，从而使其密度增加，直到它们可以靠本身的重力持续收缩。这种靠本身重力使体积越缩越小的过程，称为“重力溃缩”。还有其他一些外力，如银河间的磁力或尘云间的碰撞，也可能使星际尘云产生重力溃缩。 大约在50亿年前，有个星际尘云开始发生重力溃缩，体积越缩越小，核心的温度越来越高，密度越来越大。当这个星际尘云体积缩小100万倍后，就变成了一颗原始恒星，其核心区域的温度升高到将近1000万℃，并引发氢融合反应，这种反应和氢弹爆炸过程十分相似。此时，一颗叫太阳的恒星便诞生了。 原始恒星经历了一连串的核反应，每次核反应会消耗掉四个氢核而形成一个氦核，由此损失一点点质量，损失的质量就转化为光和热辐射出去。经过一系列的吸收和放射，*后光和热传到了太阳表面，再辐射到太空中一去不复返，这也就形成了我们所看到的太阳光。 太阳形成初期并不稳定，体积缩胀不定。这种膨胀、收缩的过程反复发生，加上周围还笼罩着云气，因此亮度变化很不规则。随着胀缩的程度慢慢缩小，*后热膨胀力和收缩力达到平衡，这时太阳就进入了稳定期，成为一颗耀眼的恒星，差不多就像我们现在所看到的样子了。 太阳进入稳定期后，便开始稳定地、持续地发出光和热，长达100亿年。这种情况已经持续了50亿年，再过50亿年，太阳度过一生的黄金岁月后，将进入晚年。但从某种意义上来说，太阳的能量是取之不尽、用之不竭的。 科学小知识 太阳系的形成 约50亿年前，在引力的作用下，一团星际气体和尘埃共同构成的云状物开始收缩，并且一团高密度的球状气体在云状物的中心产生，高密度区域的温度慢慢上升，达到一定程度后，引起核反应，这样太阳就形成了。 同时由于引力作用，云状物旋转得越来越快，云状物中的物质在这一旋转过程中被挤压成一个围绕着中心旋转的圆盘，盘内的物质慢慢地形成太阳系中较小的天体。这样，太阳系就形成了。 2．认识太阳 （1）太阳的结构 从中心向外，太阳可分为核反应区、辐射区、对流层和大气层。由于太阳外层气体的透明度极差，人类能够直接观测到的是太阳大气层。大气层从内向外分为光球层、色球层和日冕3层。 光球层：光球表面较为著名的活动现象便是太阳黑子。黑子大多呈现近椭圆形，它是光球层上的巨大气流旋涡，在明亮的光球背景反衬下显得比较暗黑。 但实际上它们是发光的，温度高达4000℃左右，倘若能把黑子单独取出，一个大黑子便可以发出相当于满月的光芒。黑子在日面上出现的情况不断变化，这种变化反映了太阳辐射能量的变化。 太阳黑子的变化是周期性的，其平均活动周期为11．2年。 色球层：紧贴光球以上的一层大气称为色球层，过去这一区域只是在日全食时才能被看到，平时不易被观测到。当月亮遮掩了光球明亮光辉的一瞬间，人们能发现日轮边缘上有一层玫瑰红的绚丽光彩，那就是色球层。 色球层的化学组成与光球层基本上相同，但色球层内的物质密度和压力要比光球层低得多。色球层厚约8000千米。 我们知道，离热源越远处温度越低，而太阳大气的情况却截然相反，光球层顶部接近色球层处的温度差不多是4300℃。而到了色球层顶部，温度陡升，竟高达几万℃，再往上到了日冕区温度陡然升至上百万℃。 对这种反常增温现象，人们感到疑惑不解，至今也没有找到确切的原因。 日冕：日冕的范围在色球层之上，一直延伸到好几个太阳半径 科学小知识 太阳运行的轨道 太阳位于银道面（银河所在的主平面）之北的猎户座旋臂上，距离银河系中心约2．6万光年（光在真空中行走一年的距离），在银道面以北约26光年。它一方面绕着银心以每秒250千米的速度旋转（周期大概是2．5亿年），另一方面又相对于周围恒星以每秒1 9．7千米的速度朝着织女星附近方向运动。 太阳也在自转，其周期在日面赤道带约25天，两极区约为55天。的地方。日冕里的物质更加稀薄。它还会不停地向外膨胀，并使得热电离气体粒子从太阳向外连续地流出而形成太阳风。 （2）太阳风 从太阳上吹出来的“风”，就叫太阳风。它的名称是20世纪50年代提出来的。它是否真正存在？存在的根据是什么？ 好几百年前就有人这么考虑了，其存在的直接证据就是彗星的尾巴。 在任何时候，任何情况下，彗星的尾巴总是背着太阳。也就是说，在彗星接近太阳时，彗头在前，彗尾在后，好像是彗头在前拉着彗尾一起前进；在彗星离开太阳时，彗尾在前，彗头在后，好像是彗尾在前拉着彗头一起离开太阳。 彗尾总是冲着与太阳相反的方向延伸，根据这一现象，可以断定一定是太阳在吹风，将彗尾吹向背离太阳的方向。事实上，太阳风是从太阳上辐射出的带电粒子。 20世纪50年代末，对来自太阳的这股太阳“风”，美国天文学家帕克作了正确的描述。他认为，太阳大气的*外层——日冕没有明确的边界，而是持续不断地膨胀，这样高温低密度的粒子流，就高速而稳定地被“吹”或“飞”向四面八方。 几年之后，通过人造地球卫星所进行的观测，完全证实了太阳风的存在。这股“风”可以一直吹到我们地球，人们测出地球轨道附近的太阳风速度大约为每秒450千米。在太阳活动较强时，其速度还会成倍地增加。太阳风是股极为稀薄的风，类似于地球实验室所能制造的真空。 ……