小問號
從西伯利亞到阿拉斯加,橫越加拿大進入北極地段,一直到格陵蘭和挪威北部島嶼,在這方圓1000多萬平方千米的冰凍地帶,像流浪漢一樣漫遊著世界上最大的食肉動物,這就是身高1米多、體長2米多、重達700多公斤的被人們稱為“冰上霸王”的北極熊。我們知道,寒冷的北極,終年被冰雪覆蓋著,當嚴冬到來時,這裏的溫度經常降到零下八十度。而以冰雪為家的北極熊,常常棲居在北冰洋的冰塊上,卻照樣活著。它們為什麼不會被凍死,奧秘在哪兒?
為了揭開北極熊抗寒的秘密,科學家對白極熊濃密的皮毛進行了長期的分析和研究。
過去,人們隻知道北極熊有幾厘米厚的皮下脂肪層,還長著水很難滲進的毛,耳朵和尾巴都很小,散熱少,這些都使它具有出色的耐寒本領。至於北極熊是白色的,一般都認為那是一種天然的保護色罷了。後來,美國科學家馬爾利姆·亨利在拍攝北極熊照片時遇到了一件尷尬事,才徹底改變這一看法。
原來,馬爾利姆·亨利拍攝野生動物的紅外線照相機不適用於北極熊,或者說用它根本拍不出照片來。北極熊這種動物不能被拍攝在紅外線膠卷上,因為它們的體表溫度好像周圍極地的冰雪一樣,是冷冰冰的。無奈之下,科學家又改用紫外線照相機來拍照。這一次,又產生了意外,北極熊的照片不僅十分清晰,而且在照片上它比周圍冰雪的顏色要深得多。據此,科學家進一步跟蹤研究,亨利用掃描電子顯微鏡觀察了北極熊的白毛:那一根根的白毛好像一根根空心管子,毛內不含有任何色素;平常看上去之所以為白色,是因為毛管內表麵比較粗糙的緣故,就像透明的雪花落在地上顯出白顏色一樣。這一發現令亨利驚喜不已。接著,他繼續深入地研究北極熊,終於有了更多、更大的驚喜:北極熊的毛管能使紫外線沿著芯部通過,就像一根根暢通無阻的紫外線導管一樣,每根毛中間都是空的,就像一根根空心的“管子”,每一根“管子”,都能把射入的太陽光散射開來,使毛呈現白色的外觀。這樣放眼望去,雪是白的,冰是白的,而北極熊的一身白毛,正好像一件白色的外套,不僅成了北極熊極好的保護色,不容易被敵害發現,利於進攻和獲取食物,關鍵是這種毛能把散射的輻射光傳遞到皮膚的表麵,被表皮吸收並轉變成熱能,以補充北極熊在新成代謝中所消耗的熱量。經測定,北極熊的皮毛將紫外線轉化成為熱的有效率高達95%。也就是說,北極熊能把95%的太陽輻射能轉為熱能。
原來如此!北極熊之所以能在冰海雪原上悠然自如地生息繁衍,就是因為它具有這種高效率的天然太陽能收集器。人們從北極熊特殊的皮毛中受到了啟示,便在平板太陽能收集器中填滿了像毛發樣的纖維,結果發現,太陽能轉換為熱能的效率增加了50%。在研究中還發現,如果把太陽能收集器上的電池板加以改進,就能吸收太陽光譜中的較多光線,提高它的熱轉換率。而且,即使在多雲的天氣,也照樣能把太陽光中的輻射透過雲層照在收集器上。這樣,太陽能的利用率將會得到很大的提高。
“小檔案”
太陽能一般指太陽光的輻射能量。在太陽內部進行的由“氫”聚變成“氦”的原子核反應,不停地釋放出巨大的能量,並不斷向宇宙空間輻射能量,這種能量就是太陽能。太陽內部的這種核聚變反應,可以維持幾十億至上百億年的時間。到達地球大氣層的太陽能,30%被大氣層反射,23%被大氣層吸收,其餘的到達地球表麵。據測,太陽每秒鍾照射到地球上的能量就相當於燃燒500萬噸煤釋放的熱量。人類對太陽能的利用有著悠久的曆史。我國早在兩千多年前的戰國時期,就知道利用鋼製四麵鏡聚焦太陽光來點火;利用太陽能來幹燥農副產品。近代太陽能利用曆史可以從1615年法國工程師所羅門·德·考克斯在世界上發明第一台太陽能驅動的發動機算起。該發明是一台利用太陽能加熱空氣使其膨脹抽水的機器。在1615年~1900年之間,世界上又研製成多台太陽能動力裝置和一些其他太陽能裝置。發展到現代,太陽能的利用已日益廣泛,它包括太陽能的光熱利用、光電利用和光化學利用等。