地球上的太陽輻射
2007-12-29 00:00:00黃智慧
中學生百科·悅青春 2007年2期
地球上的一切生命過程和大多數的地理過程，基本的能量均來源于太陽輻射。太陽輻射能不僅可以為初始生產物的光合作用和產物合成提供動力，而且也是地理環境中各種主要自然因子變化和發展的動力。可以說，地理環境中所發生的絕大部分自然過程，如大氣和海洋的運動、水分的循環、植物的光合作用、氣溫的變化、風的形成等，無論是有機界、還是無機界，其最基本和最直接的能量基礎，首推太陽輻射能。
太陽輻射是熱核反應能。如果取1克氫參加熱核反應時，它所放出的能量，與一臺5匹馬力的機器連續工作7年所需要的能量相等。如果有一堆體積如太陽那樣大的煤炭，按照目前太陽向四周空間所發射的能量水平燃燒（太陽每秒輻射到空間的能量，相當于燃燒115億噸煤所產生的熱量），那么只需要3000年的連續燃燒，即可將這堆煤炭全部化為灰燼。而事實上，太陽持續地發射這種巨大的能量，至少已經有100億年以上的時間了，這是由于太陽進行的是熱核反應的結果。這個推論只是在愛因斯坦提出了質能互相轉化原理之后，才逐漸為人們所認識的。
人們注意到化學元素周期表中兩種最輕的元素氫與氦之間的原子量關系：氫的原子量為1.008，氦為4.003，如果使用4個氫原子去合成一個氦原子時，那就必然多余出0.029單位的原子量，這個多余的質量，按照愛因斯坦質能公式：E=mc2，多余出的微小質量m乘以光速c的平方，即可轉換出巨大的能量E。這個質能互換的公式，揭示了太陽放出巨大能量的秘密。因為在太陽的組成成分中，最豐富的元素就是氫，其次就是氦，二者合計約占太陽總質量的97％，加上處于那樣的溫度和壓力條件下，可以順利地實現熱核聚變反應，從而放出相當大的能量來。太陽的總質量約為2×10
自從地球形成時起，它無時無刻不在接受著太陽輻射能。這種輻射以電磁波的形式，經過498秒的時間傳送到地球。地球這個行星所接受到的太陽輻射能，只是太陽向外部空間發射總能量的二十億分之一。一天之內，地球從太陽那里所接受到的輻射能，相當于爆炸10億顆氫彈所釋放的能量，或者相當于上萬個颶風所包含的能量。
就目前所知，全球陸地表面上所接受到的極端最高太陽輻射有下列幾項紀錄：據在南極（海拔2800米）歷時8年的測定，12月份的平均太陽總輻射值可達955卡/厘米
正是由于地球表面上具有這種水平的輻射能收入，加之地球本身的形狀、大小和運動特性，才為在地球上生命的產生、人類的出現以及農業的發展，提供了一個最基本的條件。現代科學證明，在地球這樣的環境下，分子總是可以不斷地形成（化合），又可不斷地分解。假如地球獲取的能量比現在的高得多，就會使地球表面過熱，由于熱擾動過強，原子根本無法彼此結合在一起，永遠也不可能形成分子，更不用說能形成比分子結構復雜得多的生物體；反之，如果地球接受的太陽輻射能過少，地表的溫度過低，則分子將彼此聚集在一起，形成單一的晶體或固體，其活動性和自由度大大地受到限制，同樣亦無法促使生命的發生與發展?，F實的地球表面，則得天獨厚地介于上述兩個假設范圍之間，它可以從太陽那里獲得足夠的能量，以使得一些分子不斷地進行分解；而得到的太陽輻射能又不過大，使得包括生命體在內的大部分化合物得以保存或暫時得以保存；同時，地球上的水處于這樣的能量水平之下，絕大部分均以液態的形式存在，但又不排斥它的氣態和固態形式。由此，通過長時期的演化，才在地球上出現了生命，出現了龐大的有機界，出現了人類，以及人類生存所必需的基本條件。
太陽是一個巨大的氣態恒星，其表面溫度約為6000℃，而其內部溫度通常認為可達4000萬度。太陽直徑約為1.39×10
地球與太陽之間的距離，在一年當中是不斷變化的，平均距離為1.495×10
太陽的表面溫度較高，它發射出的射線，波長相應較短，所以人們也稱太陽輻射為短波輻射，以區別于從地球向外發射的長波輻射。太陽輻射能在真空中傳輸，它的傳播速度等于光速，并且具有微粒性和波動性兩種特性。太陽輻射以電磁波的方式在真空中傳遞時，不需要任何物質做媒介。假如其傳播不是在真空中時，則輻射能量將會被傳播途徑中的介質吸收、散射或反射而削弱。
編輯/蘇泳
