太陽能量從何處來？

太陽熾熱無比，這主要因為太陽每時每刻都在向外釋放出巨大的能量。可以毫不夸大地說，地球上人類迄今為止利用的主要能量，直接或間接地都來自太陽。而在人類有史可查的漫長歲月中，太陽光和熱都未見有絲毫的減弱，這既讓人高興，又令人費解：如此巨大而持久的能量是從哪里來的呢?

對此，古往今來的科學家們。眾說紛紜。首先有“燃燒說”，這是一種最原始也是最樸素的猜測。該觀點認為，太陽是通過燃燒內(nèi)部物質(zhì)而發(fā)出光和熱的。有人設想太陽是一只巨大無比的“煤爐”，靠類似煤炭燃燒發(fā)出強光和輻射熱量。然而，根據(jù)測量，太陽表面溫度高達6000℃，很難解釋由碳和氧發(fā)生化學反應生成二氧化碳的“燃燒”，能達到這樣高的溫度。同時，根據(jù)測到的數(shù)據(jù)，太陽每秒的輻射能量以功率單位瓦計算為3．9×10²⁶，用普通的燃燒難于維持這個大得驚人的天文數(shù)字。再者，如果太陽是靠這種化學能來維持的話，最多不過燃燒幾千年，可是至今太陽已經(jīng)存在了45億年而不見衰退的跡象。由此可見，“燃燒說”不符合事實。

于是出現(xiàn)“流星說”。有人認為太陽周圍有稠密的流星，它們以可觀的宇宙速度撞擊太陽，這樣流星的動能便轉(zhuǎn)變?yōu)樘柕臒崮堋Ｈ欢嫒绱说脑挘S持太陽發(fā)出那樣巨大的能量，墜落在太陽表面上的流星之多，應該使太陽的質(zhì)量在近2千年內(nèi)有顯著的增加，這就會影響九大行星的運動，但是從九大行星的運動情況來看，并沒有什么顯著的變化。況且按照牛頓的萬有引力理論，流星不會漂浮在太陽的上空，不會大量落在太陽上，它們是以閉合的軌道繞太陽運行。

關(guān)于太陽能的來源，第一個可稱得上“理論”的，是天文學家亥姆霍茲于1854年提出的太陽“收縮說”。他認為像太陽那樣發(fā)出輻射的氣團必定會因冷卻而收縮。當氣團分子在收縮中向太陽中心墜落時，勢能轉(zhuǎn)變動能，再轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芤跃S持太陽所發(fā)出的熱量。但是計算同樣表明，如此太陽的壽命不應超過5千萬年，而太陽的實際年齡卻是45億歲。面對事實，連亥姆霍茲自己對“收縮說”也搖頭了。

然后是“核燃燒說”。根據(jù)光譜分析，早已知道太陽中含有豐富的氫，還有少量的氦。可見，這兩種元素一定與太陽能有密切的關(guān)系。1911年原子核發(fā)現(xiàn)后，人們開始猜測太陽能也是從原子核反應中釋放出來的。已知幾個核子(組成原子核的粒子)通過核反應結(jié)合在一起就會放出能量。例如4個氫通過核反應結(jié)合成1個氦，便能放出20兆電子伏特以上的能量。按照著名的愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系式“E=mc²”，4個氫核質(zhì)量約相當于4000兆電子伏特的能量，核燃燒后的“質(zhì)量虧損率”為△m／m=20／4000=5×10^-3。而從太陽的輻射功率，同樣可由質(zhì)能關(guān)系估計出太陽每秒減少的質(zhì)量為4×10⁶噸，這與太陽總質(zhì)量2×10²⁷噸之比為2×10^-21，這就是太陽的“質(zhì)量虧損率”。兩者一比較，便得出太陽壽命估計為幾百億年。于是人們恍然大悟，原來氫就是太陽中的燃料，氦則是它燃燒后的余燼，太陽能來自氫的聚變反應。從太陽光的光譜分析，也證實太陽里確實存在氫氣和氮氣。

人類對太陽能來源的認識在步步深化，然而，疑團卻遠未解開。氫彈爆炸是瞬息之間發(fā)生的，反應是在頃刻之間完成的，人們至今無法控制聚變反應，使之像裂變反應那樣持續(xù)進行。要是太陽在進行“氫彈爆炸”，為什么不是所有的氫氣一起參加反應?要是所有的氫一起參加反應，反應一次完成，反應之后理應逐漸冷卻，但是，研究證明，數(shù)百萬年來，太陽光的強度沒有絲毫減弱。如果太陽是在進行大規(guī)模的有控制的熱核反應，那么什么條件使得太陽中的氫能局部地持續(xù)地參與聚變反應?有控熱核反應正是人們追求的目標，但是至今沒有做到。由此看來，太陽能的來源問題，仍是科學家們努力探索的一個謎題。

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太陽能量知多少

太陽的結(jié)構(gòu)從里向外主要分為：中心為熱核反應區(qū)，核心之外是輻射層，輻射層外為對流層，對流層之外是太陽大氣層。從核物理學理論推知，太陽中心是熱核反應區(qū)。太陽中心區(qū)占整個太陽半徑的1／4，約為整個太陽質(zhì)量的一半以上，這表明太陽中心區(qū)的物質(zhì)密度非常高。太陽在自身強大重力吸引下，太陽中心區(qū)處于高密度、高溫和高壓狀態(tài)，是太陽巨大能量的發(fā)祥地。地球上除原子能和火山、地震以外，太陽能是一切能量的總源泉。那么，整個地球接收的太陽能量有多少呢?科學家們設想在地球大氣層外放一個測量太陽總輻射能量的儀器，在每平方厘米的面積上，每分鐘接收的太陽總輻射能量為8．24焦。這個數(shù)值叫太陽常數(shù)。如果將太陽常數(shù)乘上以日地平均距離作半徑的球面面積，這就得到太陽在每分鐘發(fā)出的總能量，這個能量約為每分鐘2．273×1028焦。而地球上僅接收到這些能量的22億分之一。太陽每年送給地球的能量相當于100億億度電的能量。太陽能取之不盡，用之不竭，又無污染，是最理想的能源。

[責任編輯] 蒲暉