太陽的結(jié)構(gòu)？為什么是人類能源的寶庫？如何利用?

【專家解說】：太陽 太陽是一顆普通的恒星，目前在赫-羅圖上度過了主序生涯的一半左右。它是一個質(zhì)量為1989.1億億億噸(約為地球質(zhì)量的33萬倍)、直徑139.2萬km（約為地球直徑的109倍）的熱氣體（嚴(yán)格說是等離子體）球。其平均密度為水的1.4倍，但這一平均密度隱含著很寬的密度范圍，從超高密的核心到稀薄的外層。 作為一顆恒星太陽，其總體外觀性質(zhì)是，光度為383億億億瓦，絕對星等為4.8，他是一顆黃色G2型矮星，有效溫度等于開氏5800度。太陽與在軌道上繞它公轉(zhuǎn)的地球的平均距離為149597870km（499.005光秒或1天文單位）。按質(zhì)量計，它的物質(zhì)構(gòu)成是71%的氫、26%的氦和少量重元素。太陽圓面在天空的角直徑為32角分，與從地球所見的月球的角直徑很接近，是一個奇妙的巧合（太陽直徑約為月球的400倍而離我們的距離恰是地月距離的400倍），使日食看起來特別壯觀。由于太陽比其他恒星離我們近得多，其視星等達(dá)到-26.7，成為地球上看到最明亮的天體。太陽每25.4天自轉(zhuǎn)一周（平均周期；赤道比高緯度自轉(zhuǎn)得快），每2億年繞銀河系中心公轉(zhuǎn)一周。太陽因自轉(zhuǎn)而呈輕微扁平狀，與完美球形相差0.001%,相當(dāng)于赤道半徑與極半徑相差6km（地球這一差值為21km，月球為9km，木星9000km，土星5500km）。差異雖然很小，但測量這一扁平性卻很重要，因為任何稍大一點的扁平程度（哪怕是0.005%）將改變太陽引力對水星軌道的影響，而使根據(jù)水星近日點進(jìn)動對廣義相對論所做的檢驗成為不可信。 太陽基本物理參數(shù) 半徑: 696295 千米. 質(zhì)量: 1.989×1030 千克 溫度: 5800 ℃ (表面) 1560萬℃ (核心) 總輻射功率: 3.83×1026 焦耳/秒 平均密度: 1.409 克/立方厘米 日地平均距離: 1億5千萬 千米 年齡: 約50億年 對于人類來說，光輝的太陽無疑是宇宙中最重要的天體。萬物生長靠太陽，沒有太陽，地球上就不可能有姿態(tài)萬千的生命現(xiàn)象，當(dāng)然也不會孕育出作為智能生物的人類。太陽給人們以光明和溫暖，它帶來了日夜和季節(jié)的輪回，左右著地球冷暖的變化，為地球生命提供了各種形式的能源。 在人類歷史上，太陽一直是許多人頂禮膜拜的對象。中華民族的先民把自己的祖先炎帝尊為太陽神。而在古希臘神話中，太陽神則是宙斯(萬神之王)的兒子。 太陽，這個既令人生畏又受人崇敬的星球，它究竟由什么物質(zhì)所組成，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)又是怎樣的呢？ 其實，太陽只是一顆非常普通的恒星，在廣袤浩瀚的繁星世界里，太陽的亮度、大小和物質(zhì)密度都處于中等水平。只是因為它離地球最近，所以看上去是天空中最大最亮的天體。其它恒星離我們都非常遙遠(yuǎn)，即使是最近的恒星，也比太陽遠(yuǎn)27萬倍，看上去只是一個閃爍的光點。 組成太陽的物質(zhì)大多是些普通的氣體，其中氫約占71％, 氦約占27％, 其它元素占2％。太陽從中心向外可分為核反應(yīng)區(qū)、輻射區(qū)和對流區(qū)、太陽大氣。太陽的大氣層，像地球的大氣層一樣，可按不同的高度和不同的性質(zhì)分成各個圈層，即光球、色球和日冕三層。我們平?？吹降奶柋砻?，是太陽大氣的最底層，溫度約是6000攝氏度。它是不透明的，因此我們不能直接看見太陽內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。但是，天文學(xué)家根據(jù)物理理論和對太陽表面各種現(xiàn)象的研究，建立了太陽內(nèi)部結(jié)構(gòu)和物理狀態(tài)的模型。這一模型也已經(jīng)被對于其他恒星的研究所證實，至少在大的方面，是可信的。 太陽的核心區(qū)域雖然很小，半徑只是太陽半徑的1/4，但卻是太陽那巨大能量的真正源頭。太陽核心的溫度極高，達(dá)1500萬℃，壓力也極大，使得由氫聚變?yōu)楹さ臒岷朔磻?yīng)得以發(fā)生，從而釋放出極大的能量。這些能量再通過輻射層和對流層中物質(zhì)的傳遞，才得以傳送到達(dá)太陽光球的底部，并通過光球向外輻射出去。 太陽光球就是我們平常所看到的太陽園面，通常所說的太陽半徑也是指光球的半徑。光球的表面是氣態(tài)的，其平均密度只有水的幾億分之一，但由于它的厚度達(dá)500千米，所以光球是不透明的。光球?qū)拥拇髿庵写嬖谥ち业幕顒樱猛h(yuǎn)鏡可以看到光球表面有許多密密麻麻的斑點狀結(jié)構(gòu)，很象一顆顆米粒，稱之為米粒組織。它們極不穩(wěn)定，一般持續(xù)時間僅為5～10分鐘，其溫度要比光球的平均溫度高出300～400℃。目前認(rèn)為這種米粒組織是光球下面氣體的劇烈對流造成的現(xiàn)象。 光球表面另一種著名的活動現(xiàn)象便是太陽黑子。黑子是光球?qū)由系木薮髿饬餍郎u，大多呈現(xiàn)近橢圓形，在明亮的光球背景反襯下顯得比較暗黑，但實際上它們的溫度高達(dá)4000℃左右，倘若能把黑子單獨取出，一個大黑子便可以發(fā)出相當(dāng)于滿月的光芒。日面上黑子出現(xiàn)的情況不斷變化，這種變化反映了太陽輻射能量的變化。太陽黑子的變化存在復(fù)雜的周期現(xiàn)象，平均活動周期為11.2年。 緊貼光球以上的一層大氣稱為色球?qū)?，平時不易被觀測到，過去這一區(qū)域只是在日全食時才能被看到。當(dāng)月亮遮掩了光球明亮光輝的一瞬間，人們能發(fā)現(xiàn)日輪邊緣上有一層玫瑰紅的絢麗光彩，那就是色球。色球?qū)雍窦s8000千米,它的化學(xué)組成與光球基本上相同，但色球?qū)觾?nèi)的物質(zhì)密度和壓力要比光球低得多。日常生活中，離熱源越遠(yuǎn)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℃，到了色球頂部溫度竟高達(dá)幾萬度，再往上，到了日冕區(qū)溫度陡然升至上百萬度。人們對這種反常增溫現(xiàn)象感到疑惑不解，至今也沒有找到確切的原因。 在色球上人們還能夠看到許多騰起的火焰，這就是天文上所謂的“日珥”。日珥是迅速變化著的活動現(xiàn)象，一次完整的日珥過程一般為幾十分鐘。同時，日珥的形狀也可說是千姿百態(tài)，有的如浮云煙霧，有的似飛瀑噴泉，有的好似一彎拱橋，也有的酷似團(tuán)團(tuán)草叢，真是不勝枚舉。天文學(xué)家根據(jù)形態(tài)變化規(guī)模的大小和變化速度的快慢將日珥分成寧靜日珥、活動日珥和爆發(fā)日珥三大類。最為壯觀的要屬爆發(fā)日珥，本來寧靜或活動的日珥，有時會突然"怒火沖天"，把氣體物質(zhì)拼命往上拋射，然后回轉(zhuǎn)著返回太陽表面，形成一個環(huán)狀，所以又稱環(huán)狀日珥。 在日全食時的短暫瞬間，常常可以看到太陽周圍除了絢麗的色球外，還有一大片白里透藍(lán)，柔和美麗的暈光，這就是太陽大氣的最外層—— 日冕。日冕的范圍在色球之上，一直延伸到好幾個太陽半徑的地方。日冕里的物質(zhì)更加稀薄，它還會有向外膨脹運動，并使得熱電離氣體粒子連續(xù)地從太陽向外流出而形成太陽風(fēng)。 太陽看起來很平靜，實際上無時無刻不在發(fā)生劇烈的活動。太陽表面和大氣層中的活動現(xiàn)象，諸如太陽黑子、耀斑和日冕物質(zhì)噴發(fā)等，會使太陽風(fēng)大大增強(qiáng)，造成許多地球物理現(xiàn)象——例如極光增多、大氣電離層和地磁的變化。太陽活動和太陽風(fēng)的增強(qiáng)還會嚴(yán)重干擾地球上無線電通訊及航天設(shè)備的正常工作，使衛(wèi)星上的精密電子儀器遭受損害，地面電力控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)生混亂，甚至可能對航天飛機(jī)和空間站中宇航員的生命構(gòu)成威脅。因此，監(jiān)測太陽活動和太陽風(fēng)的強(qiáng)度，適時作出"空間氣象"預(yù)報，越來越顯得重要。 在銀河系內(nèi)一千多億顆恒星中，太陽只是普通的一員，它位于銀河系的對稱平面附近，距離銀河系中心約26000光年，在銀道面以北約26光年, 它一方面繞著銀心以每秒250公里的速度旋轉(zhuǎn)，另一方面又相對于周圍恒星以每秒19.7公里的速度朝著織女星附近方向運動。 太陽的年齡約為46億年，它還可以繼續(xù)燃燒約50億年。在其存在的最后階段，太陽中的氦將轉(zhuǎn)變成重元素，太陽的體積也將開始不斷膨脹，直至將地球吞沒。在經(jīng)過一億年的紅巨星階段后，太陽將突然坍縮成一顆白矮星--所有恒星存在的最后階段。再經(jīng)歷幾萬億年，它將最終完全冷卻。 萬物之源——太陽 清晨，當(dāng)太陽從漫天紅霞中噴薄而出，把萬丈金光灑向大地，一種蓬勃向上的激情，就會油然而生。看到這個充滿生機(jī)的世界，人們不能不熱愛和贊美賜予我們生命和力量的萬物主宰——太陽。 中華民族的先民把自己的祖先炎帝尊為太陽神。而在絢麗多彩的希臘神話中，太陽神被稱為“阿波羅”。他右手握著七弦琴，左手托著象征太陽的金球，讓光明普照大地，把溫暖送到人間，是萬民景仰的神靈。在天文學(xué)中，太陽的符號“⊙”和我們的象形字“日”十分相似，它象征著宇宙之卵。 太陽的質(zhì)量相當(dāng)于地球質(zhì)量的33萬多倍，體積大約是地球的130萬倍，半徑約為70萬公里，是地球半徑的109倍多。雖然如此，她在宇宙中也只是一個普通的恒星。 太陽的內(nèi)部，從里向外，由核反應(yīng)區(qū)、輻射區(qū)、對流區(qū)三個層次組成。 太陽能 太陽能一般指太陽光的輻射能量。太陽能的利用有被動式利用（光熱轉(zhuǎn)換）和光電轉(zhuǎn)換兩種方式。太陽能發(fā)電一種新興的可再生能源利用方式。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風(fēng)能，化學(xué)能，水的勢能等等。 使用太陽電池，通過光電轉(zhuǎn)換把太陽光中包含的能量轉(zhuǎn)化為電能 使用太陽能熱水器，利用太陽光的熱量加熱水 利用太陽光的熱量加熱水，并利用熱水發(fā)電 利用太陽能進(jìn)行海水淡化 現(xiàn)在，太陽能的利用還不很普及，利用太陽能發(fā)電還存在成本高、轉(zhuǎn)換效率低的問題，但是太陽電池在為人造衛(wèi)星提供能源方面得到了應(yīng)用。 目前，全球最大的屋頂太陽能面板系統(tǒng)位于德國南部比茲塔特(Buerstadt)，面積為四萬平方米，每年的發(fā)電量為450萬千瓦。 日本為了達(dá)成京都議定書的二氧化碳減量要求，全日本都普設(shè)太陽能光電板，位于日本中部的長野縣飯?zhí)锸校用裨谖蓓斣O(shè)置太陽能光電板的比率甚至達(dá)2%，堪稱日本第一。 太陽能可分為2種: 1.太陽能光伏 光伏板組件是一種暴露在陽光下便會產(chǎn)生直流電的發(fā)電裝置，由幾乎全部以半導(dǎo)體物料(例如硅)制成的薄身固體光伏電池組成。由于沒有活動的部分，故可以長時間操作而不會導(dǎo)致任何損耗。簡單的光伏電池可為手表及計算機(jī)提供能源，較復(fù)雜的光伏系統(tǒng)可為房屋照明，并為電網(wǎng)供電。 光伏板組件可以制成不同形狀，而組件又可連接，以產(chǎn)生更多電力。近年，天臺及建筑物表面均會使用光伏板組件，甚至被用作窗戶、天窗或遮蔽裝置的一部分，這些光伏設(shè)施通常被稱為附設(shè)于建筑物的光伏系統(tǒng)。 2.太陽熱能 現(xiàn)代的太陽熱能科技將陽光聚合，并運用其能量產(chǎn)生熱水、蒸氣和電力。除了運用適當(dāng)?shù)目萍紒硎占柲芡猓ㄖ镆嗫衫锰柕墓夂蜔崮?，方法是在設(shè)計時加入合適的裝備，例如巨型的向南窗戶或使用能吸收及慢慢釋放太陽熱力的建筑材料。