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太阳能量探源

时间:2019-08-31    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

太阳能量探源

 

太阳,光焰夺目,温暖着人间。从古到今,太阳都以它巨大的光和热哺

育着地球,从不间断。地球上的一切能量几乎都是直接或间接来源于太阳。

例如,生物的生长,气候的变化,江河湖海的出现,煤和石油的形成……,

哪一样也离不开太阳。可以说,没有太阳,就没有地球,也就没有人类。

太阳发出的总能量是大得惊人的。有人测量了地面上单位时间内来自太

阳的能量。据测量,一个平方厘米的面积,在垂直于太阳光线的情况下,每

一分钟接收到的太阳能量大约是 1.96 卡。换句话说,如果放上一立方厘米的

水,让太阳光垂直照射,那么每过一分钟水的温度会升高 1.96 度,也就是接

近两度。这个每平方厘米每分钟 1.96 卡,就叫作“太阳常数”。

有了这个准确的“太阳常数”,我们就可以计算太阳发出的总能量了。

我们知道,地球同太阳的距离大约是一亿五千万公里。1.96 卡这个数是在离

太阳一亿五千万公里外的地球上测到的。所以,只要把 1.96 卡乘上以一亿五

千万公里为半径的球的面积,就可以得出太阳发出的全部能量。这个数值是

每分钟发出五千五百亿亿亿卡的能量,这个能量究竟有多大呢?我们可以打

一个比方:如果从地球到太阳之间,架上一座三公里宽、三公里厚的冰桥,

那么,太阳只要一秒种的功夫发出的能量,就可以把这个一亿五千万公里长

的冰桥全部化成水,再过八秒钟,就可以把它全部化成蒸汽。

太阳尽管发出这么巨大的能量,但是落到地球上的却只有很少的一点

点,因为太阳离地球太远了。实际上地球接收到的太阳能量,只占太阳发出

的总能量的二十二亿分之一。正是这二十二亿分之一的太阳能量在养活着整

个地球。

太阳是怎么发出这么巨大的能量来的呢?它是不是永远这样慷慨地供应

地球,永远也消耗不尽呢?人类为了搞清楚这个问题,花费了几百年的时间,

一直到今天,也还在不断地进行着探索。

日常生活告诉我们,一个物体要发出光和热,就要燃烧某种东西。人们

最初也是这样去想象太阳的,认为太阳也是靠燃烧某种东西,发出了光和热。

后来发现,即使用地球上最好的燃料去燃烧,也维持不了多长的时间。拿煤

来说吧,假如太阳是由一个大煤块组成的,大概只要 1500 年就要烧光了。后

来又想到可能是靠太阳本身不断地收缩来维持的。但是仔细一算,也维持不

了多久。一直到本世纪的 30 年代以后,随着自然科学的不断发展,人们才逐

渐揭开了太阳产能的秘密。太阳的确在燃烧着,太阳燃烧的物质不是别的,

而是化学元素中最简单的元素——氢。不过,太阳上燃烧氢,不是通过和氧

化合,而是另外一种方式,叫做热核反应。太阳上进行的热核反应,简单地


说,是由四个氢原子核聚合成一个氦原子核。我们知道,原子是由原子核和

围绕着原子核旋转的电于组成的。要想使原子核之间发生核反应,可不是一

件容易的事情。首先必须把原子核周围的电子全都打掉,然后再使原子核同

原子核激烈地碰撞。但是,由于原子核都是带的正电,它们彼此之间是互相

排斥的,距离越近,排斥力越强。因此,要想使原子核同原子核碰撞,就必

须克服这种排斥力。为了克服这种排斥力,必须使原子核具有极高的速度。

这就需要把温度提高,因为温度越高,原子核的运动速度才能越快。例如,

要想使氢原子发生核反应,就需要具备几百万度的温度和很高的压力。这样

高的温度在地面上是不容易产生的,但是对于太阳来说,它的核心温度高达

一千多万度,条件是足够了。

太阳正是在这样的高温下进行着氢的热核反应。它把四个氢原子核通过

热核反应合成一个氦原子核。在这种热核反应中,氢不断地被消耗,从这个

意义上来说,太阳在燃烧着氢。但是它和通常所说的燃烧不同,它既不需要

氧来助燃,燃烧后又完全变成了另外一种新的元素。

当四个氢原子核聚合成一个氦原子核的时候,我们会发现出现了质量的

亏损,也就是一个氦原子核的质量要比四个氢原子核的质量少一些。那么,

亏损的物质跑到哪里去了呢?原来,这些物质变成了光和热,也就是物质由

普通的形式变成了光的形式,转化成了能量。质量和能量之间的转换关系,

可以用伟大的科学家爱因斯坦的相对论来解释。那就是能量等于质量乘上光

速的平方,由于光速的数值很大,因此,这种转换的效率是非常高的。用这

种方式燃烧一克氢,就可以产生一千五百亿卡的能量。它相当于燃烧 150 吨

煤。太阳为了维持目前发射的总能量,每秒钟要有六亿五千七百万吨的氢聚

合为氦。听起来,这是一个很大的数字,但是对于太阳来说却是微不足道的,

因为太阳的质量实在太大了,比地球的质量要大 33 万多倍。而且太阳物质的

化学组成和地球的很不一样,绝大部分正是太阳进行热核反应所需要的氢。

氢占太阳质量的四分之三以上。其次是氢燃烧后生成的氦,占五分之一左右。

再其次才是几十种其他的微量元素。因此,如果太阳按目前的速度燃烧氢,

那么还足够燃烧五百多亿年呢!

人们在弄清楚了太阳的能量是怎样产生的以后,自然就联想到能不能把

太阳上的这种产生能量的方式搬到地球上来呢?人们通过对原子和原子核的

大量研究,终于利用热核反应的道理,制造出和太阳产生能量的方式一样的

氢弹。氢弹的威力比原子弹还要大得多。不过,目前人们还做不到把氢弹的

能量很好地控制起来使用。如果有朝一日能够实现可以控制的稳定的热核反

应,那么大量的海水中的氢就可以作为取之不尽的燃料。那时候,地球上再

也用不着为能源问题发愁了。这样的设想并不是幻想,目前世界各国的科学

家,包括我国的科学家在内,正在为实现这一宏伟目标进行着不懈的努力,

并且已经取得了一些进展。

关于太阳的巨大能量是怎么产生的,我们已经简单说明了。有人也许会


联想到太阳将来会怎么样呢?太阳和天上的所有恒星一样,也是一颗星球。

任何一颗星球都有它的生、老、死亡的过程。据天文学家研究,太阳从诞生

到现在,已经经过了大约 50 亿年,太阳的整个寿命大约是 100 亿年。所以,

目前的太阳可以说正处在它的壮年期。壮年期的太阳就是依靠燃烧氢的热核

反应来维持它的生命的。我们刚才讲到,太阳把全部氢烧光,太阳就会发生

突变。太阳核心的温度会逐步升高,最后太阳会发生突然性地膨胀。那时候,

地球表面上的温度会大大提高,可能要超过一千度以上。在这样的高温下,

河流会晒干,生物会被晒焦,情况严重的话,膨胀的太阳甚至会把整个地球

吞掉。不过,请你不要担心,这幅可怕的情景是在 50 亿年以后才会发生的。

到那时,人类的聪明智慧也许能用宇宙飞船把大家送到更适宜生存的星球上

去了。

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