第2章 太陽及太陽能的基礎知識(1 / 3)

1.太陽的形成

同學們對太陽一定不陌生吧,小時候我們都學過《上學歌》:“太陽當空照,我去上學校……”。我們已經習慣了太陽升起的時候去上學,太陽落下的時候放學回家。

那麼,太陽是怎樣形成的呢?

實際上,除了各種星體之外,宇宙之間還布滿了氣體和塵埃。其中,有一種低溫、不發光的星際塵雲,都是形成恒星的基本元素。

這些星際塵雲黑黑的,溫度非常低。如果沒有外力的作用,這些星際塵雲就好像天上的雲朵,在太空中飄浮著,沒有什麼大的變化。但是如果附近有某個星體發生爆炸,其產生的震波通過星際塵雲時,會把這些星際塵雲壓縮變小,從而使其密度增加,直到它們可以靠本身的重力持續收縮。這種靠本身重力使體積越縮越小的過程,稱為“重力潰縮”。還有其他一些外力,如銀河間的磁力或塵雲間的碰撞,也可能使星際塵雲產生重力潰縮。

大約在五十億年前,有個星際塵雲開始發生重力潰縮,體積越縮越小,核心的溫度越來越高,密度越來越大。當這個星際塵雲體積縮小一百萬倍後,就變成了一顆原始恒星,其核心區域的溫度升高到將近一千萬攝氏度,並引發氫融合反應,這種反應和氫彈爆炸過程十分相似。此時,一顆叫太陽的恒星便誕生了。

原始恒星經曆了一連串的核反應,每次核反應會消耗掉四個氫核而形成一個氦核,由此損失一點點質量,損失的質量就轉化為光和熱輻射出去。經過一係列的吸收和放射,最後光和熱傳到了太陽表麵,再輻射到太空中一去不複返,這也就形成了我們所看到的太陽光。

太陽形成初期並不穩定,體積縮脹不定。這種膨脹、收縮的過程反複發生,加上周圍還籠罩著雲氣,因此亮度變化很不規則。隨著脹縮的程度慢慢縮小,最後熱膨脹力和收縮力達到平衡,這時太陽就進入了穩定期,成為一顆耀眼的恒星,差不多就像我們現在所看到的樣子了。

太陽進入穩定期後,便開始穩定地、持續地發出光和熱,長達一百億年。這種情況已經持續了50億年,再過50億年,太陽度過一生的黃金歲月後,將進入晚年。但從某種意義上來說,太陽的能量是取之不盡、用之不竭的。

2.認識太陽

(1)太陽的結構

從中心向外,太陽可分為核反應區、輻射區、對流層和大氣層。由於太陽外層氣體的透明度極差,人類能夠直接觀測到的是太陽大氣層。大氣層從內向外分為光球、色球和日冕3層。

光球層:光球表麵較為著名的活動現象便是太陽黑子。黑子大多呈現近橢圓形,它是光球層上的巨大氣流旋渦,在明亮的光球背景反襯下顯得比較暗黑。

但實際上它們是發光的,溫度高達4000℃左右,倘若能把黑子單獨取出,一個大黑子便可以發出相當於滿月的光芒。黑子在日麵上出現的情況不斷變化,這種變化反映了太陽輻射能量的變化。

太陽黑子的變化是周期性的,其平均活動周期為11.2年。

色球層:緊貼光球以上的一層大氣稱為色球層,過去這一區域隻是在日全食時才能被看到,平時不易被觀測到。當月亮遮掩了光球明亮光輝的一瞬間,人們能發現日輪邊緣上有一層玫瑰紅的絢麗光彩,那就是色球。

色球層的化學組成與光球基本上相同,但色球層內的物質密度和壓力要比光球低得多。色球層厚約8000千米。

我們知道,離熱源越遠處溫度越低,而太陽大氣的情況卻截然相反:光球頂部接近色球處的溫度差不多是4300℃。而到了色球頂部,溫度陡升,竟高達幾萬度,再往上到了日冕區溫度陡然升至上百萬度。

對這種反常增溫現象,人們感到疑惑不解,至今也沒有找到確切的原因。

日冕:日冕的範圍在色球之上,一直延伸到好幾個太陽半徑的地方。日冕裏的物質更加稀薄。它還會不停地向外膨脹,並使得熱電離氣體粒子從太陽向外連續地流出而形成太陽風。

(2)太陽風

從太陽上吹出來的“風”,就叫太陽風。它的名稱是20世紀50年代提出來的。它是否真正存在?存在的根據是什麼?

好幾百年前就有人這麼考慮了,其存在的直接證據就是彗星的尾巴。

在任何時候,任何情況下,彗星的尾巴總是背著太陽。也就是說,在彗星接近太陽時,彗頭在前,彗尾在後,好像是彗頭在前拉著彗尾一起前進;在彗星離開太陽時,彗尾在前,彗頭在後,好像是彗尾在前拉著彗頭一起離開太陽。

彗尾總是衝著與太陽相反的方向延伸,根據這一現象,可以斷定一定是太陽在吹風,將彗尾吹向背離太陽的方向。事實上,太陽風是從太陽上輻射出的帶電粒子。

20世紀50年代末,對來自太陽的這股太陽“風”,美國天文學家帕克做了正確地描述。他認為,太陽大氣的最外層—日冕沒有明確的邊界,而是持續不斷地膨脹,這樣高溫低密度的粒子流,就高速而穩定地被“吹”或“飛”向四麵八方。

幾年之後,通過人造地球衛星所進行的觀測,完全證實了太陽風的存在。這股“風”可以一直吹到我們地球,人們測出地球軌道附近的太陽風速度大約為每秒450千米。在太陽活動較強時,其速度還會成倍地增加。太陽風是股極為稀薄的風,類似於地球實驗室所能製造的真空。

那麼,速度那麼大的太陽風能“吹”多遠呢?

除去空間各種物質成分對太陽風的可能影響後,它大致會“吹”到約25~50個天文單位(1個天文單位約為1.5億千米)遠,也許還會吹得更遠些。

太陽風的確定對研究行星磁層中出現的各種物理過程、行星際磁場的結構,特別是地磁擾動等現象,有很大幫助。

人們現在對太陽風的觀測和研究還太少,對它本質的了解還需要做大量的研究工作。

(3)太陽雨

在晴朗的好天氣,有時也會下雨,這時候所下的雨我們稱之為“太陽雨”。其實下太陽雨時,還是有雲的,並不是真的一點兒雲也沒有,隻是沒有被人發現罷了。