太阳的结构?为什么是人类能源的宝库?如何利用?

太阳的结构?为什么是人类能源的宝库?如何利用?
太阳的结构?为什么是人类能源的宝库?如何利用?

太阳的结构?为什么是人类能源的宝库?如何利用?
太阳
太阳是一颗普通的恒星,目前在赫-罗图上度过了主序生涯的一半左右.它是一个质量为1989.1亿亿亿吨(约为地球质量的33万倍)、直径139.2万km（约为地球直径的109倍）的热气体（严格说是等离子体）球.其平均密度为水的1.4倍,但这一平均密度隐含着很宽的密度范围,从超高密的核心到稀薄的外层.
作为一颗恒星太阳,其总体外观性质是,光度为383亿亿亿瓦,绝对星等为4.8,他是一颗黄色G2型矮星,有效温度等于开氏5800度.太阳与在轨道上绕它公转的地球的平均距离为149597870km（499.005光秒或1天文单位）.按质量计,它的物质构成是71%的氢、26%的氦和少量重元素.太阳圆面在天空的角直径为32角分,与从地球所见的月球的角直径很接近,是一个奇妙的巧合（太阳直径约为月球的400倍而离我们的距离恰是地月距离的400倍）,使日食看起来特别壮观.由于太阳比其他恒星离我们近得多,其视星等达到-26.7,成为地球上看到最明亮的天体.太阳每25.4天自转一周（平均周期；赤道比高纬度自转得快）,每2亿年绕银河系中心公转一周.太阳因自转而呈轻微扁平状,与完美球形相差0.001%,相当于赤道半径与极半径相差6km（地球这一差值为21km,月球为9km,木星9000km,土星5500km）.差异虽然很小,但测量这一扁平性却很重要,因为任何稍大一点的扁平程度（哪怕是0.005%）将改变太阳引力对水星轨道的影响,而使根据水星近日点进动对广义相对论所做的检验成为不可信.
太阳基本物理参数
半径: 696295 千米.
质量: 1.989×1030 千克
温度: 5800 ℃ (表面)
1560万℃ (核心)
总辐射功率: 3.83×1026 焦耳/秒
平均密度: 1.409 克/立方厘米
日地平均距离: 1亿5千万 千米
年龄: 约50亿年
对于人类来说,光辉的太阳无疑是宇宙中最重要的天体.万物生长靠太阳,没有太阳,地球上就不可能有姿态万千的生命现象,当然也不会孕育出作为智能生物的人类.太阳给人们以光明和温暖,它带来了日夜和季节的轮回,左右着地球冷暖的变化,为地球生命提供了各种形式的能源.
在人类历史上,太阳一直是许多人顶礼膜拜的对象.中华民族的先民把自己的祖先炎帝尊为太阳神.而在古希腊神话中,太阳神则是宙斯(万神之王)的儿子.
太阳,这个既令人生畏又受人崇敬的星球,它究竟由什么物质所组成,它的内部结构又是怎样的呢?
其实,太阳只是一颗非常普通的恒星,在广袤浩瀚的繁星世界里,太阳的亮度、大小和物质密度都处于中等水平.只是因为它离地球最近,所以看上去是天空中最大最亮的天体.其它恒星离我们都非常遥远,即使是最近的恒星,也比太阳远27万倍,看上去只是一个闪烁的光点.
组成太阳的物质大多是些普通的气体,其中氢约占71％, 氦约占27％, 其它元素占2％.太阳从中心向外可分为核反应区、辐射区和对流区、太阳大气.太阳的大气层,像地球的大气层一样,可按不同的高度和不同的性质分成各个圈层,即光球、色球和日冕三层.我们平常看到的太阳表面,是太阳大气的最底层,温度约是6000摄氏度.它是不透明的,因此我们不能直接看见太阳内部的结构.但是,天文学家根据物理理论和对太阳表面各种现象的研究,建立了太阳内部结构和物理状态的模型.这一模型也已经被对于其他恒星的研究所证实,至少在大的方面,是可信的.
太阳的核心区域虽然很小,半径只是太阳半径的1/4,但却是太阳那巨大能量的真正源头.太阳核心的温度极高,达1500万℃,压力也极大,使得由氢聚变为氦的热核反应得以发生,从而释放出极大的能量.这些能量再通过辐射层和对流层中物质的传递,才得以传送到达太阳光球的底部,并通过光球向外辐射出去.
太阳光球就是我们平常所看到的太阳园面,通常所说的太阳半径也是指光球的半径.光球的表面是气态的,其平均密度只有水的几亿分之一,但由于它的厚度达500千米,所以光球是不透明的.光球层的大气中存在着激烈的活动,用望远镜可以看到光球表面有许多密密麻麻的斑点状结构,很象一颗颗米粒,称之为米粒组织.它们极不稳定,一般持续时间仅为5～10分钟,其温度要比光球的平均温度高出300～400℃.目前认为这种米粒组织是光球下面气体的剧烈对流造成的现象.
光球表面另一种著名的活动现象便是太阳黑子.黑子是光球层上的巨大气流旋涡,大多呈现近椭圆形,在明亮的光球背景反衬下显得比较暗黑,但实际上它们的温度高达4000℃左右,倘若能把黑子单独取出,一个大黑子便可以发出相当于满月的光芒.日面上黑子出现的情况不断变化,这种变化反映了太阳辐射能量的变化.太阳黑子的变化存在复杂的周期现象,平均活动周期为11.2年.
紧贴光球以上的一层大气称为色球层,平时不易被观测到,过去这一区域只是在日全食时才能被看到.当月亮遮掩了光球明亮光辉的一瞬间,人们能发现日轮边缘上有一层玫瑰红的绚丽光彩,那就是色球.色球层厚约8000千米,它的化学组成与光球基本上相同,但色球层内的物质密度和压力要比光球低得多.日常生活中,离热源越远处温度越低,而太阳大气的情况却截然相反,光球顶部接近色球处的温度差不多是4300℃,到了色球顶部温度竟高达几万度,再往上,到了日冕区温度陡然升至上百万度.人们对这种反常增温现象感到疑惑不解,至今也没有找到确切的原因.
在色球上人们还能够看到许多腾起的火焰,这就是天文上所谓的“日珥”.日珥是迅速变化着的活动现象,一次完整的日珥过程一般为几十分钟.同时,日珥的形状也可说是千姿百态,有的如浮云烟雾,有的似飞瀑喷泉,有的好似一弯拱桥,也有的酷似团团草丛,真是不胜枚举.天文学家根据形态变化规模的大小和变化速度的快慢将日珥分成宁静日珥、活动日珥和爆发日珥三大类.最为壮观的要属爆发日珥,本来宁静或活动的日珥,有时会突然"怒火冲天",把气体物质拼命往上抛射,然后回转着返回太阳表面,形成一个环状,所以又称环状日珥.
在日全食时的短暂瞬间,常常可以看到太阳周围除了绚丽的色球外,还有一大片白里透蓝,柔和美丽的晕光,这就是太阳大气的最外层—— 日冕.日冕的范围在色球之上,一直延伸到好几个太阳半径的地方.日冕里的物质更加稀薄,它还会有向外膨胀运动,并使得热电离气体粒子连续地从太阳向外流出而形成太阳风.
太阳看起来很平静,实际上无时无刻不在发生剧烈的活动.太阳表面和大气层中的活动现象,诸如太阳黑子、耀斑和日冕物质喷发等,会使太阳风大大增强,造成许多地球物理现象——例如极光增多、大气电离层和地磁的变化.太阳活动和太阳风的增强还会严重干扰地球上无线电通讯及航天设备的正常工作,使卫星上的精密电子仪器遭受损害,地面电力控制网络发生混乱,甚至可能对航天飞机和空间站中宇航员的生命构成威胁.因此,监测太阳活动和太阳风的强度,适时作出"空间气象"预报,越来越显得重要.
在银河系内一千多亿颗恒星中,太阳只是普通的一员,它位于银河系的对称平面附近,距离银河系中心约26000光年,在银道面以北约26光年, 它一方面绕着银心以每秒250公里的速度旋转,另一方面又相对于周围恒星以每秒19.7公里的速度朝着织女星附近方向运动.
太阳的年龄约为46亿年,它还可以继续燃烧约50亿年.在其存在的最后阶段,太阳中的氦将转变成重元素,太阳的体积也将开始不断膨胀,直至将地球吞没.在经过一亿年的红巨星阶段后,太阳将突然坍缩成一颗白矮星--所有恒星存在的最后阶段.再经历几万亿年,它将最终完全冷却.
万物之源——太阳
清晨,当太阳从漫天红霞中喷薄而出,把万丈金光洒向大地,一种蓬勃向上的激情,就会油然而生.看到这个充满生机的世界,人们不能不热爱和赞美赐予我们生命和力量的万物主宰——太阳.
中华民族的先民把自己的祖先炎帝尊为太阳神.而在绚丽多彩的希腊神话中,太阳神被称为“阿波罗”.他右手握着七弦琴,左手托着象征太阳的金球,让光明普照大地,把温暖送到人间,是万民景仰的神灵.在天文学中,太阳的符号“⊙”和我们的象形字“日”十分相似,它象征着宇宙之卵.
太阳的质量相当于地球质量的33万多倍,体积大约是地球的130万倍,半径约为70万公里,是地球半径的109倍多.虽然如此,她在宇宙中也只是一个普通的恒星.
太阳的内部,从里向外,由核反应区、辐射区、对流区三个层次组成.
太阳能
太阳能一般指太阳光的辐射能量.太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式.太阳能发电一种新兴的可再生能源利用方式.广义上的太阳能是地球上许多能量的来源,如风能,化学能,水的势能等等.
使用太阳电池,通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能
使用太阳能热水器,利用太阳光的热量加热水
利用太阳光的热量加热水,并利用热水发电
利用太阳能进行海水淡化
现在,太阳能的利用还不很普及,利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题,但是太阳电池在为人造卫星提供能源方面得到了应用.
目前,全球最大的屋顶太阳能面板系统位于德国南部比兹塔特(Buerstadt),面积为四万平方米,每年的发电量为450万千瓦.
日本为了达成京都议定书的二氧化碳减量要求,全日本都普设太阳能光电板,位于日本中部的长野县饭田市,居民在屋顶设置太阳能光电板的比率甚至达2%,堪称日本第一.
太阳能可分为2种:
1.太阳能光伏
光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置,由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成.由于没有活动的部分,故可以长时间操作而不会导致任何损耗.简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源,较复杂的光伏系统可为房屋照明,并为电网供电. 光伏板组件可以制成不同形状,而组件又可连接,以产生更多电力.近年,天台及建筑物表面均会使用光伏板组件,甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分,这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统.
2.太阳热能
现代的太阳热能科技将阳光聚合,并运用其能量产生热水、蒸气和电力.除了运用适当的科技来收集太阳能外,建筑物亦可利用太阳的光和热能,方法是在设计时加入合适的装备,例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料.