太陽與人類的關係
太陽係的王者
“萬物生長靠太陽”,的確,太陽對我們這些地球為家的人類來說太重要了太陽是太陽係的中心,在太陽係裏它是“王者”,幾乎主宰了太陽係裏的一切。
然而,在整個宇宙中,太陽是那樣的不起眼,整個宇宙中像銀河係這樣的星係,大約有1000億個,而銀河係中的恒星大約有1200億顆或更多,太陽不過是其中十分普通的一員。同在銀河係的牽牛星與織女星都比太陽大很多。
人類自有文明以來,不斷地探索認識客觀世界,對太陽也不例外。開始人類是把它作為神來崇拜,我們中華民族的先民把自己的祖先炎帝尊為太陽神。
最早期的人們認為天圓地方,再後來認識到地球是一個圓球,但不論其形狀怎樣改變,在很長一段時間裏,人們一直認為地球是宇宙的中心。直至16世紀哥白尼創立了日心說,支持這一學說者包括布魯諾、伽利略都因此而受到教廷的殘酷迫害。
當然,以後證明太陽也不是宇宙的中心。但哥白尼等人的貢獻是偉大的,他們的理論從根本上動搖了歐洲中世紀宗教神學的理論基礎,恩格斯曾說:“從此,自然科學便開始從神學中徹底地被解放出來。”
太陽的功能
我們的太陽係,除太陽以外,還有8顆大行星,這些行星周圍有幾十顆衛星,有無數的小行星還有相當數量的彗星,太陽占了太陽係總質量的98%以上。太陽與地球的距離約1.5億千米,它的半徑約69.6萬千米,是地球的100多倍,太陽表麵溫度約6000攝氏度,中心溫度大於1500萬攝氏度。
太陽的構造,大體上是核心、輻射層、對流層、光球、色球和日冕,我們通常看到的是它的光球。
事物總是發展的變化的,有始也有終。據研究,太陽形成於50億年前,它的壽命還有50億年,是指主序星階段的結束,現在處於相對成熟穩定的階段,有利於地球上生命的存在和發展。
宇宙中不同質量的恒星其演變曆程也有所不同,像地球這樣中等個頭的恒星,現在屬於黃矮星,幾十億年後將成為一顆紅巨星,最終成為白矮星乃至“熄滅”。地球是太陽係的一員,應該是與太陽同呼吸共命運的。
太陽是一個巨大的核聚變反應堆,主要是氫聚變為氦,發出巨大的能量。以它的光芒照射著我們的地球,是地球能量的主要來源,我們所感受到的太陽的存在,是它的輻射。
太陽的輻射,主要是可見光,也有紅外線和紫外線,可見光占太陽輻射總量的50%,紅外線占43%,紫外線隻占能量的7%。
據粗略估計,太陽每分鍾向地球輸送的熱能大約是250億億卡,相當於燃燒4億噸煙煤所產生的能量。
平均日地距離時,在地球大氣層上界垂直於太陽輻射的單位表麵積上所接受的太陽輻射能每平方米為1353瓦,這是相當可觀的,到達地球表麵的輻射能則因大氣和塵埃的反射、折射有一定的衰減,並隨緯度的不同而有差異。
煤炭和石油則是通過生物的化石形式保存下來的億萬年以前的太陽能,風能、水力歸根結底也是太陽能的轉化形式。
太陽能的利用
生命起源需要能量,生命維持和延續也需要能量。一定的溫度條件也是生物生存和延續所必需的,最低限度是水必須保持液態。太陽給我們帶來溫暖和光明,提供了必需的能量。如今對太陽能最主要的利用是通過植物的光合作用來實現的。有資料表明地球上的植物每年固定了3×1021焦耳的太陽能,相當於人類全部能耗的10倍,合成近2000億噸有機物。
對我們人類來說,通過光合作用不斷產生的有機物是太陽最基本的恩賜。太陽輻射還能幫助我們推動地球上物質的循環和流動。日光,即紫外線能殺滅許多有害的微生物,照射皮膚可以將攝入的一些營養成分轉化為我們所必需的維生素D,幫助鈣的吸收利用。
當今通過科學技術裝備,人們擴大了對太陽能的直接或間接的利用。最簡單的是太陽能熱水器,再就是太陽能發電,用太陽能驅動車輛。日光被聚焦能達到很高的溫度,現在世界上最大的拋物麵型反射聚光器有9層樓高,總麵積2500平方米,焦點溫度高達4000攝氏度,許多金屬都可以被熔化。
地球上的化石能源逐漸趨於枯竭,環境汙染也月益,科學家對安置在地麵或太空中的太陽能電站寄予很大的期望。由於在高空的靜止軌道上每天可以有90%以上的時間受到陽光照射,並沒有大氣層的阻擋衰減,據計算每天每平方米能接收太陽能32千瓦時。
在20世紀70年代,美國國家航空和宇宙航行局和能源部曾提出了一個空間太陽電站方案,在靜止軌道上部署60個發電能力各為500萬千瓦的太陽能電站,可以基本上滿足本國對電能的需要。