认识头顶上的太阳
现在人们普遍认为宇宙是在一次大爆炸中形成的，那么，太阳系也是在那个时期形成的吗？
如果真是这样，地球的年龄应该和宇宙、太阳的年龄是一样的，或者相差不大，但实际情况是，地球的年龄没有太阳大，太阳的年龄没有宇宙中的某些星体大。
通过核子宇宙年代学测定，太阳年龄大约为50亿年。
这说明宇宙并不是在一次大爆炸中同时生成的，很可能是分批、分次形成的，那么，是什么原因形成了太阳呢？
最初，太阳和太阳系仅仅只是由气体和尘埃构成的巨大星云，这些星云集中在一起，形成了类似球体的星云团，星云团迅速自转，在离心力的作用下形成圆盘。
圆盘中心的物质不断收缩，形成了太阳，圆盘外围的物质形成了其他小天体，包括行星和卫星，还有彗星和一些小行星。
太阳诞生之初只是一颗冰冷的天体，随着不断收缩压紧，它变得越来越热，最终内部温度达到了上百万摄氏度，这时它开始发光发热了。
太阳灼热的内核中不断地发生核聚变，从而产生核能，这是它能在几十亿年时间里一直能够发光发热的原因。简单一句话，太阳的最后产生是由于很强烈的核反应，也就类似于一种大爆炸的反应。
不过，人类对太阳并不十分了解，因为太阳离地球太远了，它又太热了，人们很难得到它内部的更多信息，以上关于太阳形成的学说，也只是目前占据主流地位的现代星云说。关于太阳的奥秘，还有待我们进一步探索。
现在我们来认识一下太阳的结构。太阳内部结构可以分3层：太阳中心为热核反应区，核心之外是辐射层，辐射区之外为对流层。
太阳的中心部分称为日核，它的半径大约为0.25个太阳半径。日核虽然不算大，但太阳的大部分质量都集中在这里，而且太阳的光和热也都是从这里产生的，温度高达1500万益。理论研究表明，这些光和热是在氢原子核聚变为氦的过程中释放出来的，因此，日核也叫做“核反应区”。太阳的主要成分是氢，为氢核聚变反应提供了足够的燃料。
日核外面的一层称为辐射区，日核产生的能量通过这一区域，以辐射的形式向外传出。这里的温度比太阳核心低得多，大约为70万益。
辐射区外的一层称为对流层，太阳大气在这两层中间呈现剧烈的上下对流状态，它的厚度大约10万千米。
太阳的外部结构就是太阳大气层，太阳大气层从里向外分为光球、色球和日冕。
对流层外是光球。光球就是我们平时所看见的明亮的太阳圆面，光球厚度约500千米。太阳光球的中间部分要比四周亮一些。这种现象的产生是由于我们看到的太阳圆面中间部分的光是从温度较高的太阳深处发射出来的，而圆面边缘部分的光则是由温度较低的太阳较浅的层次发出来的。
光球之外是非常美丽的红色的色球层。色球层的厚度大约2000千米，上面布满了大小不一、形态多变的头发状的结构，称为针状体。色球层的温度越往外面越高，最外层的温度高达10万益。
平时我们看不到色球层，这是因为地球大气中的分子和尘埃散射了太阳光，使天空变成蓝色，色球层就淹没在蓝色背景之中了。日全食的时候，当太阳光球被月亮完全遮住的那一瞬间，美丽的色球层就能显露出来。
日冕是太阳大气最外面的一层，从色球层的边缘向外延伸出来，最远可以达到5个太阳半径。日冕的亮度只有光球的1/100，平时根本看不见，只有在日全食的时候，日冕才会显露出它的“庐山真面目”。日冕的温度相当高，太阳光球的温度大约是6000益，越往外温度越高，到了色球和日冕交界的区域，温度达10万益以上，日冕的温度达100万~200万益。在这么高的温度下，所有的物质都成为电离状态。日冕的温度虽高，但是它并不很热，因为日冕中所包含的气体太稀薄了，它的总热量是很低的。
当我们用专门观测太阳的望远镜观测太阳表面时，会发觉它一直处于剧烈的活动中。常见的太阳活动包括黑子、耀斑、日珥和太阳风。
在光球的表面，常常会出现一些黑色的斑点，这是光球表面上翻腾着的热气卷起的旋涡，人们管它叫“黑子”。这些黑子大小不一，小的直径也有数百米到1千米，大的直径有10万千米以上，里面可以装上几十个地球。
黑子有的是单个的，但一般情况都是成群结队出现的。黑子其实并不黑，它的温度高达5000益，也是很亮的，只是在比它更亮的光球表面的衬托下，才显得暗。在太阳光球表面上，还可以看到无数颗像米粒大小的亮点，叫做“米粒组织”。它们是光球深处的一个个气团，被加热后膨胀上升到表面形成的。它们很像沸腾着的稀粥表面不断冒出来的气泡。这些“米粒”的直径平均在1200千米左右，相当于中国青海省那么大。
天文学家根据近300年来的记载，发现太阳黑子活动有11年的周期。因此，他们把这11年的周期称为太阳活动周。另外，太阳活动还有22年、80多年、170年左右和360年等周期。当几种周期同时达到最高峰的时候，黑子相对数就特别高，对地球的影响也特别大。
黑子是光球层活动的重要标志。中国古代有世界上最早的黑子纪事。据不完全统计，中国古代史书中有100多次太阳黑子记载。其中在《汉书·五行志》
中载有：汉成帝河平元年，“三月己未，日出黄，有黑气，大如钱，居日中央”。这是指公元前28年5月10日见到的大黑子群。我们祖先用不足20个汉字记载了黑子出现的年、月、日和时刻，天气状况、黑子的形态和在日面上的位置，真是非常珍贵的科学史料。
太阳上最剧烈的活动现象是耀斑，它们通常都出现在黑子附近。当黑子出现得多时，耀斑出现也更频繁。耀斑产生于太阳光球上面的一层大气层里面，即色球层。色球层的厚度约为2500千米，所以，耀斑又称色球爆发，或者太阳爆发。
在日面上增亮的面积超过3亿平方千米的叫耀斑，小于3亿平方千米的叫亚耀斑。我们整个地球的表面积为5.1亿平方千米。你可以想象到耀斑的区域和它释放的能量有多大了。有人作了一个概括性的说明：一个耀斑从产生到消失，它释放的总能量约相当于100亿个百万吨级氢弹爆炸的能量。
在强磁场的作用下，耀斑可以在几百秒内积聚起极大的能量。这些能量以电磁波以及高能带电粒子流的形式向外辐射。尤其是紫外线和X线的强度，远远超过可见光的强度，并且高能粒子流的速度可达光速的1/2。
日珥是太阳表面喷出的炽热气流，可喷到宇宙间几万千米远。看上去就像巨大的拱门，它们可以持续几小时，有的甚至可以持续几天。
日珥的形态是多姿多彩的。有的如色球外的浮云，有的像喷泉，有的似环形拱桥。有的日珥可以高几万到几十万千米。它们的底部在色球，而活动已深入日冕广阔的空间。日珥的精细结构十分复杂，主要由气流组成。日珥出现的次数和抛射的高度都与太阳活动的11年周期有密切关系。一般来说，一次日珥活动要经历几小时到几十天。根据日珥的形态和运动特征，把日珥分成3种类型：爆发日珥、宁静日珥和不规则日珥。最为壮观剧烈的是爆发日珥。它的物质以几百千米/秒的速度向外抛射。
太阳风指的是从太阳大气最外层的日冕向空间持续抛射出来的物质粒子流。
太阳风的得名还和彗星有关。当人们通过先进的观测手段发现彗星离太阳越近，彗发就越明显，彗尾就越长，而彗尾的方向总是背对着太阳的时候，人们就开始猜测，也许太阳会放射出一种类似于风的东西，对彗星产生影响。
此后的1958年，美国人造卫星上的粒子探测器，探测到了太阳上有微粒流从日冕的冕洞中发出，因此美国科学家帕克将其形象地命名为“太阳风”。
太阳风虽然猛烈，却不会吹袭到地球上来，这是因为地球有着自己的“保护伞”——地球磁场，地球磁场把太阳风阻挡在地球之外。然而百密一疏，仍然会有少数“漏网分子”闯进来，尽管它们仅是一小撮，但还是会给地球带来一系列破坏。它会干扰地球的磁场，使地球磁场的强度发生明显的变动；它还会影响地球的高层大气，破坏地球电离层的结构，使其丧失反射无线电波的能力，造成无线电通信中断；它还会影响大气臭氧层的化学变化，并逐层往下传递，直到地球表面，使地球的气候发生反常的变化，甚至还会进一步影响到地壳，引起火山爆发和地震。例如，1959年7月15日，人们观测到太阳突然喷发出一股巨大的火焰(它就是太阳风的风源)。几天后，7月21日，也就是这股猛烈的太阳风吹袭到地球近空时，竟使地球的自转周期突然减慢了0.85毫秒，而这一天全球也发生多起地震。与此同时，地球磁场也发生被称为“磁暴”的激烈扰动，环球通信突然中断，一些靠指南针和无线电导航的飞机、船只一下子变成了“瞎子”和“聋子”。
太阳能的综合计算
太阳一年发出的能量，相当于现在整个地球上人类所使用的总能量的6伊105亿倍。这些能量的绝大部分都辐射到太阳系的宇宙空间了。其中约有22亿分之一辐射到地球上，相当于现在地球上所使用的总能量的3万倍。
辐射到地球上的太阳光线是由七色(红、橙、黄、绿、青、蓝、紫)，即七种波长的光波组成的，其中能量密度最大的波长是0.55微米的绿色光线区域。植物叶绿素的颜色和太阳光的绿色是一致的。因此，植物为了尽量捕捉太阳能加以利用，捕捉0.55微米附近的能量当然是很重要的。
由于地球距离太阳很远，约有1.5亿千米，而地球在太空中只是一颗小小的星球，所以它只接受了太阳22亿分之一的光和热。同时更为重要的是，地球的最外层被一层厚厚的大气包裹着，大气层阻碍太阳能的辐射。因此，辐射到地球上的太阳能的分布是很不均匀的。
(1)在到达地球表面之前，被大气和云雾反射回去的太阳能约为30%，这些能量以原来的短波形式返回宇宙空间。此外，被大气和云雾吸收的太阳能约为20%结果，在到达地球表面之前，被大气和云雾反射和吸收的太阳能为全部(即22亿分之一)的51%。
(2)在到达地球表面上的49%的太阳能中，又有2%从地面直接反射而返回宇宙空间。剩下的47%左右都辐射到地面上了。现在人们利用专门的仪器——化光表，可以测量太阳光给地面带来的热量。当阳光严格垂直照射并且在地球四周没有大气的条件下，这个测量的结果是：在1平方厘米的地面上，每分钟可以获得2卡(8焦耳多)的热量。经过多年的测量，这个数据始终没有显着的改变，因此，“2卡”被称为“太阳常数”。
然而，到达地球表面的阳光和热量，是经常因大气层的变化而变化的。例如，晴天、阴天，地面上接收到的太阳能是不一样的。此外，地球上纬度不同的地方所受的日光照射也有所不同。在赤道附近所得到的热量多些，而在两极附近则较少。造成这种差异的原因：一是地球公转时地轴是倾斜的，而不垂直于轨道平面；二是地球是个圆球。由于这两个原因，太阳光并不是以相同的角度射到地面的各个区域，因而强度不免有大小的区别。同一数量的光线所射到的面积越小，其热量就越集中，强度也就越大；反之，强度则越小。
赤道地区所获得的太阳辐射比其他地方都多，在这里1平方米的面积上，每分钟所获得的阳光热量可煮开1杯水，1公顷土地上所获得的平均阳光热量，则足以发动一部消耗功率近10伊10瓦的机器。地球表面积约5.1亿平方千米，这样，我们便不难计算出太阳每年辐射到地球表面的能量。这个能量相当于1伊107亿吨标准煤的能量，这个数字比目前全世界一年生产的总能量还要大1.8万倍。
我们常常用“万物生长靠太阳”来颂扬太阳的光和热，这是因为地球上的绝大部分能源最终来源于太阳热核反应释放的巨大能量。另外，还有地球形成过程中储存下来的能量也都来源于太阳的辐射。
“太阳是地球的母亲”，这是西方诗人赞颂太阳的诗句。世界各地的人们总把最美好的东西比做太阳，因为太阳是光明的象征，而这光明就是能量的源泉。
光芒万丈的太阳慷慨无私地向空间散发着无尽的光和热。人们歌颂“万物生长靠太阳”，就是因为生长所需的能源都来自太阳。无论是人类还是动植物，都离不开太阳的光和热。
太阳能在地球上究竟发挥着什么作用呢？总的来说表现如下：
(1)辐射到地球表面上的太阳能约有47%以热的形式被地面和海洋所吸收，使地面和海水变暖。
(2)海水、河川、湖沼等的水分蒸发，以及降雨、降雪有关的太阳能约为23%。这些能量的一部分作为河川的水利，用于水力发电等。
(3)能引起风和波浪有关的太阳能约为0.2%。太阳能的辐射能为其他可再生能(如风力、地热、海洋能、生物质能等地球可得到的洁净的能源)提供了极为丰富的资源。
(4)大家知道，植物是利用太阳能、水和二氧化碳进行光合作用而生长的。不过植物利用的太阳能是极少的，只有0.02%~0.03%。现在我们所使用的石油和煤炭等常规能源，可以说是经过几亿年之久的光合作用而积蓄起来的太阳能。
(5)太阳对于地球来说，除了给予光和热，还向地球发射X线、电波和太阳风等离子体状的粒子。而且由于上述太阳的光斑、日珥和黑子等的活动，使包围地球的上层大气经常受到影响。
目前，对于太阳照射到地球陆地的能量，按照现有的技术水平，仅仅可开发利用其中的不到千分之一。不过，伴随科学技术的迅速发展，现代太阳能应用技术已被赋予全新的内涵，应用领域已涉及工业、农业、建筑、航空航天等诸多行业和部门，已经发展成为种类繁多、兴旺发达的“名门望族”。例如，用于公共建筑的大规模采暖、制冷、空调等太阳能设施，用于海水淡化的太阳能蒸馏装置，用于宇宙飞船、航天飞机、汽车、自行车的太阳能能源，用于育秧、干燥、杀虫等太阳能器具，用于取暖、保温的太阳能灶和太阳能温房等，都是太阳能技术的应用。
总而言之，太阳能是一种取之不尽，用之不竭，不会造成任何污染的清洁能源和可再生能源。
太阳能的使用历史
周代，中国先民即能利用凹面镜的聚光焦点向日取火，这是中国和世界上对太阳能的最早利用。《周礼·秋官司寇》说：“司炬氏掌以夫燧取明火于日。”
《淮南子·天文训》说：“故阳燧见日，则燃而为火。”《论衡》：“验日阳燧，火从天来。”“燧”即阳燧。《古今注》说：“阳燧，以铜为之，形如镜，照物则影倒，向日则火生。”阳燧就是我们古代的太阳灶。
