太阳的生与死

**章 太阳及其能量 太阳和地球上的生命 “太阳和月亮，哪个更重要一些呢？”俄国著名的哲学家库兹马·普罗德科夫不禁这样问道，而且经过一番思考后他认为：“月亮更有用，因为月亮能点亮黑夜，而太阳却只在到处都是光的白天发光。” 虽然所有学生都知道月亮能发光是由于发生了太阳光线的反射，但人们还远未普遍认识到确实存在这种情况：几乎地球上的一切都与太阳的辐射能是息息相关的。 尤其，人类文明开发的所有能源确实都与太阳相关，到目前为止，都如此。举例来说，直接利用太能热量，比如用一个大的凹面镜收集太阳能，仅在稍微复杂巧妙的少量设备上使用——就能让亚利桑那沙漠存储冷饮的冰箱运行，或者也可以加热塔什干东部城市公共浴池里的水。此外，在我们的供暖厂燃烧木材、煤炭或石油来供热，也只不过是在释放太阳辐射能，这些辐射能以碳化合物形式储存于现在或者久远的地质时代的森林之中。 借助太阳光线的照射，存在于正在生长的树木绿叶上的二氧化碳，被分解成碳和氧气，并将氧气释放到大气中（这就是为什么室内植株可以起到“净化”空气的作用），同时将碳存储在植株体内，在柴火或炉火中，随时准备与大气中的氧气再次结合。 我们在燃烧树木时，永远无法获得比生长的树叶从太阳光线吸收并存储更多的能量。所以，不管现在还是过去，没有阳光就不会有森林，然后地球表面也就不会存储煤炭和石油了。 水能也是太阳 的一种转化形式，这就不必解释了。太阳的热量会将海洋表面的水分蒸发，并且把它沉积在更高的水平面上，然后再次流淌到原来的水库。同样也可以应用到风能上，地表不同地方的空气因受热不均而流动形成了风，因此太阳热量同样可以应用到风能的形成上。我们到处发现的一切能源都与太阳有关，如果没有太阳光线的照射，地球表面就如同死寂。 但是太阳能的来源是什么呢？需要多长时间才能形成？而且又能维持多久呢？太阳是如何产生的？太阳的能量源一旦耗尽会发生什么后果呢？为了回答这些问题，我们首先必须知道太阳每天辐射的能量以及在它的内部所存储的总能量。 能量单位 计量物理能的常用标准单位是尔格，尽管在特殊情况下，也会使用其他计量单位——卡路里（热量测量单位）和千瓦时（电力单位）。1尔格是质量为1克的物体以1厘米/秒的速度运动时所产生动能的两倍，所以就我们一般的经验而言，1尔格只是相对非常小的一个单位。 例如，一只飞行中的蚊子就拥有几尔格的动能；而加热一杯茶水，我们需要几千亿尔格的能量；一台普通台灯每秒钟就能消耗250亿尔格的能量。质量上乘的1克煤炭在完全燃烧过程中可释放出3000亿尔格的能量，那么按照现行的煤炭价格来计算，如果使用煤窑提供的袋装煤炭，每尔格能量成本约为0.000000000000003分。而家庭用电时，能量价格就会稍微高一些，因为除了煤炭的价格之外，还增加了将燃烧的煤炭所释放的热量转换成电流的机器成本费用。 太阳的辐射能 垂直于地表降落到地球表面的太阳辐射能，它的测量数值为1，350，000尔格/平方厘米/秒（每平方厘米的地表每秒接收的太阳辐射能为1，350，000尔格）。因此，如果我们按照目前的煤炭价格来评估这些能量，我们会发现，在阳光明媚的日子里，平均每个院子都会获得价值数美元的能量。以工作的技术单位来表示，太阳辐射到地表的能量为4，690，000马力/英里2，所以太阳每年辐射到我们星球的能量总和是每年全球燃烧煤炭和其他燃料所获得能量的几百万倍。 但是，地球接收到的太阳辐射能只是全部辐射能的一小部分，因为大部分都自由逃逸到了宇宙空间中，数值大小为3.8×1033尔格/秒或者是1.2×1041尔格/年。将这个太阳辐射能除以太阳的表面积（6.1×1022厘米2），我们发现太阳表面每平方厘米的面积每秒能释放6.2×1010尔格能量。