地球上的太阳辐射

发信人: yaclear (清一), 信区: Geography
标  题: 地球上的太阳辐射
发信站: 水木社区 (Mon Jan  7 03:49:36 2008), 站内


　　地球上的太阳辐射

　　黄智慧

　　地球上的一切生命过程和大多数的地理过程，基本的能量均来源于太阳辐射。太阳辐射能不仅可以为初始生产物的光合作用和产物合成提供动力，而且也是地理环境中各种主要自然因子变化和发展的动力。可以说，地理环境中所发生的绝大部分自然过程，如大气和海洋的运动、水分的循环、植物的光合作用、气温的变化、风的形成等，无论是有机界、还是无机界，其最基本和最直接的能量基础，首推太阳辐射能。

　　太阳辐射是热核反应能。如果取1克氢参加热核反应时，它所放出的能量，与一台5匹马力的机器连续工作7年所需要的能量相等。如果有一堆体积如太阳那样大的煤炭，按照目前太阳向四周空间所发射的能量水平燃烧（太阳每秒辐射到空间的能量，相当于燃烧115亿吨煤所产生的热量），那么只需要3000年的连续燃烧，即可将这堆煤炭全部化为灰烬。而事实上，太阳持续地发射这种巨大的能量，至少已经有100亿年以上的时间了，这是由于太阳进行的是热核反应的结果。这个推论只是在爱因斯坦提出了质能互相转化原理之后，才逐渐为人们所认识的。

　　人们注意到化学元素周期表中两种最轻的元素氢与氦之间的原子量关系：氢的原子量为1.008，氦为4.003，如果使用4个氢原子去合成一个氦原子时，那就必然多余出0.029单位的原子量，这个多余的质量，按照爱因斯坦质能公式：E=mc2，多余出的微小质量m乘以光速c的平方，即可转换出巨大的能量E。这个质能互换的公式，揭示了太阳放出巨大能量的秘密。因为在太阳的组成成分中，最丰富的元素就是氢，其次就是氦，二者合计约占太阳总质量的97％，加上处于那样的温度和压力条件下，可以顺利地实现热核聚变反应，从而放出相当大的能量来。太阳的总质量约为2×1030千克，如果假定其全部由氢组成，按照热核反应计算，它可以发射出相当于1.28×1045焦耳的总能量。现在测定，太阳向外部空间每秒发射的能量为3.7×1026焦耳，据此推断，太阳内部由质子合成氦的过程，至少可以延续1×1011年，即1000亿年以上。于是，我们有充分的理由相信，在地球形成直至今后的几十亿年中，太阳向外发射的能量基本上保持着一个稳定的数值。

　　自从地球形成时起，它无时无刻不在接受着太阳辐射能。这种辐射以电磁波的形式，经过498秒的时间传送到地球。地球这个行星所接受到的太阳辐射能，只是太阳向外部空间发射总能量的二十亿分之一。一天之内，地球从太阳那里所接受到的辐射能，相当于爆炸10亿颗氢弹所释放的能量，或者相当于上万个飓风所包含的能量。

　　就目前所知，全球陆地表面上所接受到的极端最高太阳辐射有下列几项纪录：据在南极（海拔2800米）历时8年的测定，12月份的平均太阳总辐射值可达955卡/厘米2·天；而在非洲安哥拉的马朗基（Malange）观测到的太阳总辐射值达2712卡/厘米2·天，这是迄今地球表面上所测得的最大太阳总辐射值，该地的海拔高度为1150米。

　　正是由于地球表面上具有这种水平的辐射能收入，加之地球本身的形状、大小和运动特性，才为在地球上生命的产生、人类的出现以及农业的发展，提供了一个最基本的条件。现代科学证明，在地球这样的环境下，分子总是可以不断地形成（化合），又可不断地分解。假如地球获取的能量比现在的高得多，就会使地球表面过热，由于热扰动过强，原子根本无法彼此结合在一起，永远也不可能形成分子，更不用说能形成比分子结构复杂得多的生物体；反之，如果地球接受的太阳辐射能过少，地表的温度过低，则分子将彼此聚集在一起，形成单一的晶体或固体，其活动性和自由度大大地受到限制，同样亦无法促使生命的发生与发展。现实的地球表面，则得天独厚地介于上述两个假设范围之间，它可以从太阳那里获得足够的能量，以使得一些分子不断地进行分解；而得到的太阳辐射能又不过大，使得包括生命体在内的大部分化合物得以保存或暂时得以保存；同时，地球上的水处于这样的能量水平之下，绝大部分均以液态的形式存在，但又不排斥它的气态和固态形式。由此，通过长时期的演化，才在地球上出现了生命，出现了庞大的有机界，出现了人类，以及人类生存所必需的基本条件。

　　太阳是一个巨大的气态恒星，其表面温度约为6000℃，而其内部温度通常认为可达4000万度。太阳直径约为1.39×106千米，表面积为6.075×1012平方千米，体积为1.42×1018立方千米，比地球约大130万倍，但是其组成物质的密度较小，只相当于地球密度的1/4强。

　　地球与太阳之间的距离，在一年当中是不断变化的，平均距离为1.495×108千米。一年之内，由于地球绕日运动的椭圆形轨道，日地距离的变化达5.0×106千米。每年的1月1日日地距离最小，为1.47×108千米；每年的7月1日日地距离最大，为1.52×108千米。由于日地距离的变动，到达地球表面上的太阳辐射的年变化，为太阳辐射年平均值的±3.5%。

　　太阳的表面温度较高，它发射出的射线，波长相应较短，所以人们也称太阳辐射为短波辐射，以区别于从地球向外发射的长波辐射。太阳辐射能在真空中传输，它的传播速度等于光速，并且具有微粒性和波动性两种特性。太阳辐射以电磁波的方式在真空中传递时，不需要任何物质做媒介。假如其传播不是在真空中时，则辐射能量将会被传播途径中的介质吸收、散射或反射而削弱。

常规天文知识

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