《中小学生不可不知的宇宙奥妙》：第5章 神奇的太阳能

------第5章 神奇的太阳能------



你知道什么是太阳能吗？它真的很神奇吗？

太阳能一般指太阳光的辐射能量。在太阳内部进行的由“氢”聚变成“氦”的原子核反应，不停地释放出巨大的能量，并不断向宇宙空间辐射能量，这种能量就是太阳能。太阳内部的这种核聚变反应，可以维持几十亿至上百亿年的时间。太阳向宇宙空间发射的辐射值，其中二十亿分之一到达地球大气层。到达地球大气层的太阳能，30%被大气层反射，23%被大气层吸收，其余的到达地球表面，其功率为80万亿千瓦，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于燃烧500万吨煤释放的热量。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能、化学能、水的势能等。狭义的太阳能则仅限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。

人类对太阳能的利用有着悠久的历史。我们国家早在2000多年前的战国时期，就知道利用钢制四面镜聚焦太阳光来点火；利用太阳能来干燥农副产品，比如晒谷子之类的农作物。发展到现代，太阳能的利用已日益广泛，它包括太阳能的光热利用，太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。

有了太阳能电池，我们就不担心没有电了，因为只要用阳光就能充电。20世纪60年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术——通信卫星供电。20世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式的利用已愈加普遍，不仅在空间应用，而且在众多领域中也大显身手。如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等；欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向；太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势。太阳能光伏玻璃幕墙组件的应用越来越多，这种方式将会代替普通玻璃幕墙，它具有反射光强度小、保温性能好等特点。

太阳能还能给我们带来很多的好处，更重要的是它不会污染和破坏环境。比如我们现在用的电池，如果用完了四处乱丢的话，对环境的破坏可是很严重的：一节一号电池能使1平方米的土地失去利用价值，一粒纽扣电池能污染60万升水。所以，太阳能电池是最环保的。

现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能。其方法是在设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。

太阳光普照大地，无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，处处皆有，可直接开发和利用，且无须开采和运输。所以，开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一。在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命约为几十亿年，从这个意义上讲，太阳的能量是用之不竭的。

但是太阳能在利用时的缺点是分散性，即到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。平均说来，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳辐射的辐照度最大，在垂直于太阳光方向的1平方米面积上接收到的太阳能平均有1000瓦左右。若按全年日夜平均，则只有200瓦左右。而在冬季大致只有一半，阴天一般只有1/5左右，这样的能流密度是很低的。因此，在利用太阳能时，要想得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。太阳能的另一个缺点是不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这就给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须先很好地解决蓄能问题，即把晴天的太阳辐射能尽量贮存起来，以供夜间或阴雨天使用。但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当长一段时期内，太阳能利用的进一步发展，将主要受到经济性的制约。

知识链接：太阳的活动周期

观察太阳可为尚未解决的问题提供线索。太阳的活动周期是否影响地球的气候？控制这个周期的机制是什么？太阳是在变冷还是在变热？

单靠历史文献研究过去的太阳活动是很不够的，幸好大自然给我们留下了可靠的记录，那就是树木的年轮。很多人知道年轮每多一圈表示树木生长一年，通过年轮可以看出自然环境和树木营养条件的变化，但知道年轮与黑子和耀斑有关的人就不多了。

来自外层空间的宇宙线和高速粒子经常与大气层中的分子发生冲突，产生一种放射性同位素——碳14。植物通过光合作用吸收二氧化碳时，一些带放射性的二氧化碳也掺杂在里面。有人在检测年轮上放射性碳14的强度时发现，当黑子多的时候，碳14被吸收的数量就显著减少。科学家的解释是，太阳活动期黑子出现频繁，它们的磁场迫使一些宇宙线偏离地球。因此，大气层中产生的碳14也就变少了。

研究年轮只能知道太阳活动的过去，那么用什么方法了解现在甚至推测将来呢？科学家创建了一门叫做“太阳地震学”的学科。他们发现，黑子最暗的中心部分磁场特别强，边缘较亮的部分（又叫半影）磁场相对较弱。极性不同的两个黑子半影偶尔也会互相吸引，融汇在一起。可惜我们不能直接接收到太阳的地震波，因为太空中没有传播声音的空气和其他媒介。

地震波从太阳内部传到表面，因为前面无路可走，于是又被弹回内部，太阳内部的高温又迫使它们返回表面。如果把太阳比做一个铃，地震波就像铃舌一样，不断地敲打着它。这些声波虽然无法直接监测，但它们在太阳表面引起气体上下翻腾的振荡作用却是可以测量的。

科学家还预测，当太阳上的氢消耗得所剩无几之时，它将膨胀成一个巨大无比的红色“气球”。胀出的部分将会吞没水星或许还有金星，即使地球还不至于被火葬，强烈的热辐射也足以使海洋沸腾蒸干，地球上将不复有生命存在。不过，这场宇宙大劫难在50亿年内并不会发生，这就给了科学家足够的时间揭开离我们最近的恒星的奥秘，寻找拯救地球的“诺亚方舟”了。
* 温馨提示：关注微信公众号： xiaoyida_com ，回复 xse95940 在手机上阅读完整章节！

------第6章 美丽的北极光------

可能你没有真正地看到过北极光，但是我们还是能从电视和照片上看到美丽的北极光。

你一定很高兴能看到这种美丽的景色，这比烟花好看多了。然而，为什么北极光只在北极出现啊？为什么我们身边没有出现过北极光呢？

极光是一种大自然的天文奇观，它没有固定的形态，也不尽相同，主要以绿、白、黄、蓝居多，偶尔也会呈现艳丽的红紫色，曼妙多姿又神秘难测。极光的发生只有在严寒的秋冬夜晚，高纬度的地区，才有机会目睹，而最佳时刻则是晚上10点到凌晨2点，有些时候可持续1小时左右。

从本质上来说，极光是原子与分子在地球大气层最上层运作激发的光学现象。它的形成有三大要素：太阳风、地球磁场、大气。所谓“太阳风”，是太阳对宇宙不断放射的一种能量，它由电子与质子所组成。由于太阳的激烈活动，放射出无数的带电微粒，当带电微粒流射向地球进入地球磁场的作用范围时，受地球磁场的影响，便沿着地球磁力线高速进入南北磁极附近的高层大气中，与氧原子、氮分子等质点碰撞，因而产生了“电磁风暴”和“可见光”的现象，就成了众所瞩目的“极光”。

太阳气流亦称太阳风，这些放射物以每秒300万千米的速度冲向地球，幸而地球磁场改变了太阳风的方向，使我们免受太阳风的袭击。当太阳风与地磁场碰撞时会产生100万兆的能源，地球大气层的小粒子会释放出能源，氧原子放出绿光或红光，氧分子放出红光或黄光，氮分子放出紫光或粉红光。

那么，在北极的哪些地方能够看到极光呢？极光最常出没在南北磁纬度67度附近的两个环状带区域内，分别称作南极光区和北极光区。北半球以阿拉斯加、北加拿大、西伯利亚、格陵兰冰岛南端与挪威北海岸为主；而南半球则集中在南极洲附近。值得一提的是，北极附近的阿拉斯加、北加拿大是观赏极光的最佳地点，阿拉斯加的费尔班更有“北极光首都”的美称，一年之中有超过200天的极光现象。所以你有机会的话，就去阿拉斯加的费尔班，亲自欣赏北极光的美丽吧。

从人类第一次仰望天际惊见北极光的那一刻开始，北极光就一直是个“谜”。长久以来，各个地区的人都各自发展出自己的极光传说，爱斯基摩人认为“极光，是鬼神引导死者灵魂上天堂的火炬”；原住民则视“极光为神灵现身，深信快速移动的极光会发出神灵在空中踏步的声音，将取走人的灵魂，留下厄运”。

长期以来，极光的成因一直众说纷纭。有人认为它是地球外缘燃烧的大火；有人则认为，它是夕阳西沉后，天际映射出来的光芒；还有人认为，它是极圈的冰雪在白天吸收储存阳光之后，夜晚释放出来的一种能量。这天象之谜，直到人类将卫星火箭送上太空之后，才有了理性的解释。

知识链接：被奉若神明的太阳

在人类的历史长河中，太阳被尊崇为神，因为它给地球带来光明和生命。闻名于世的埃及吉萨地区的金字塔，每当春分这一天，它们的一个底边刚好指向太阳升起的地方。太阳享受的尊敬不仅来自古埃及人，太阳神阿波罗的大名直到今天还被用到宇宙飞行器的命名上。

多少世纪过去了，很少有自然现象能像日食那样引起人们既恐惧又崇敬的心理。古时，中国人每逢日食便燃放爆竹、敲打铜锣，恐吓驱赶吞吃太阳的妖精。在马克·吐温的笔下，日食却救了一个康涅狄格的美国佬。那个人知道要发生日全食，于是趁太阳消失之机，从阿瑟王的骑士手中逃了出来，逃脱了被烧死在火刑柱上的厄运。至于当今美国众多的天文爱好者，更是富有大无畏的精神。他们乘飞机、坐轮船、开汽车，从爪哇到西伯利亚，从欧洲到非洲，哪儿出现日全食就涌向哪儿。

人类对于太阳的观测已有几千年的历史，然而至今太阳的许多秘密仍未被揭开。天体物理学家对太阳的测量结果与理论模型之间存在着的很多不相容性提出了质疑。人类将借助于未来的宇宙探测器去解开一些太阳之谜。未完待续......欲知下回，请关注微信公众号： xiaoyida_com ，回复 xse95940 获取完整内容！
----------
本小说内容节选自：育儿健康小说 《中小学生不可不知的宇宙奥妙》

作者：王成
最后更新于：2016年10月21日
----------
温馨提示：如何阅读完整内容？
方法一：点击下方 “阅读原文” 链接去读小说“中小学生不可不知的宇宙奥妙”后续完整章节！
方法二：关注微信公众号： xiaoyida_com (优美小说节选)，回复 xse95940 阅读后续完整章节！

    关注 小意达