太阳能量从何处来?

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  太阳炽热无比,这主要因为太阳每时每刻都在向外释放出巨大的能量。可以毫不夸大地说,地球上人类迄今为止利用的主要能量,直接或间接地都来自太阳。而在人类有史可查的漫长岁月中,太阳光和热都未见有丝毫的减弱,这既让人高兴,又令人费解:如此巨大而持久的能量是从哪里来的呢?
  对此,古往今来的科学家们。众说纷纭。首先有“燃烧说”,这是一种最原始也是最朴素的猜测。该观点认为,太阳是通过燃烧内部物质而发出光和热的。有人设想太阳是一只巨大无比的“煤炉”,靠类似煤炭燃烧发出强光和辐射热量。然而,根据测量,太阳表面温度高达6000℃,很难解释由碳和氧发生化学反应生成二氧化碳的“燃烧”,能达到这样高的温度。同时,根据测到的数据,太阳每秒的辐射能量以功率单位瓦计算为3.9×1026,用普通的燃烧难于维持这个大得惊人的天文数字。再者,如果太阳是靠这种化学能来维持的话,最多不过燃烧几千年,可是至今太阳已经存在了45亿年而不见衰退的迹象。由此可见,“燃烧说”不符合事实。
  于是出现“流星说”。有人认为太阳周围有稠密的流星,它们以可观的宇宙速度撞击太阳,这样流星的动能便转变为太阳的热能。然而,果真如此的话,欲维持太阳发出那样巨大的能量,坠落在太阳表面上的流星之多,应该使太阳的质量在近2千年内有显著的增加,这就会影响九大行星的运动,但是从九大行星的运动情况来看,并没有什么显著的变化。况且按照牛顿的万有引力理论,流星不会漂浮在太阳的上空,不会大量落在太阳上,它们是以闭合的轨道绕太阳运行。
  关于太阳能的来源,第一个可称得上“理论”的,是天文学家亥姆霍兹于1854年提出的太阳“收缩说”。他认为像太阳那样发出辐射的气团必定会因冷却而收缩。当气团分子在收缩中向太阳中心坠落时,势能转变动能,再转变为热能以维持太阳所发出的热量。但是计算同样表明,如此太阳的寿命不应超过5千万年,而太阳的实际年龄却是45亿岁。面对事实,连亥姆霍兹自己对“收缩说”也摇头了。
  然后是“核燃烧说”。根据光谱分析,早已知道太阳中含有丰富的氢,还有少量的氦。可见,这两种元素一定与太阳能有密切的关系。1911年原子核发现后,人们开始猜测太阳能也是从原子核反应中释放出来的。已知几个核子(组成原子核的粒子)通过核反应结合在一起就会放出能量。例如4个氢通过核反应结合成1个氦,便能放出20兆电子伏特以上的能量。按照著名的爱因斯坦质能关系式“E=mc2”,4个氢核质量约相当于4000兆电子伏特的能量,核燃烧后的“质量亏损率”为△m/m=20/4000=5×10-3。而从太阳的辐射功率,同样可由质能关系估计出太阳每秒减少的质量为4×106吨,这与太阳总质量2×1027吨之比为2×10-21,这就是太阳的“质量亏损率”。两者一比较,便得出太阳寿命估计为几百亿年。于是人们恍然大悟,原来氢就是太阳中的燃料,氦则是它燃烧后的余烬,太阳能来自氢的聚变反应。从太阳光的光谱分析,也证实太阳里确实存在氢气和氮气。
  人类对太阳能来源的认识在步步深化,然而,疑团却远未解开。氢弹爆炸是瞬息之间发生的,反应是在顷刻之间完成的,人们至今无法控制聚变反应,使之像裂变反应那样持续进行。要是太阳在进行“氢弹爆炸”,为什么不是所有的氢气一起参加反应?要是所有的氢一起参加反应,反应一次完成,反应之后理应逐渐冷却,但是,研究证明,数百万年来,太阳光的强度没有丝毫减弱。如果太阳是在进行大规模的有控制的热核反应,那么什么条件使得太阳中的氢能局部地持续地参与聚变反应?有控热核反应正是人们追求的目标,但是至今没有做到。由此看来,太阳能的来源问题,仍是科学家们努力探索的一个谜题。
  
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  太阳能量知多少
  太阳的结构从里向外主要分为:中心为热核反应区,核心之外是辐射层,辐射层外为对流层,对流层之外是太阳大气层。从核物理学理论推知,太阳中心是热核反应区。太阳中心区占整个太阳半径的1/4,约为整个太阳质量的一半以上,这表明太阳中心区的物质密度非常高。太阳在自身强大重力吸引下,太阳中心区处于高密度、高温和高压状态,是太阳巨大能量的发祥地。地球上除原子能和火山、地震以外,太阳能是一切能量的总源泉。那么,整个地球接收的太阳能量有多少呢?科学家们设想在地球大气层外放一个测量太阳总辐射能量的仪器,在每平方厘米的面积上,每分钟接收的太阳总辐射能量为8.24焦。这个数值叫太阳常数。如果将太阳常数乘上以日地平均距离作半径的球面面积,这就得到太阳在每分钟发出的总能量,这个能量约为每分钟2.273×1028焦。而地球上仅接收到这些能量的22亿分之一。太阳每年送给地球的能量相当于100亿亿度电的能量。太阳能取之不尽,用之不竭,又无污染,是最理想的能源。
  
  [责任编辑] 蒲晖
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