太阳与人类的关系

【专家解说】：“万物生长靠太阳”，确实太阳对我们这些以太阳系的一颗行星-地球为家的人类来说是太重要了，太熟悉了，太亲切了。它是太阳系的中心，在太阳系里它是“王者”，几乎主宰了太阳系里的一切。然而在整个宇宙中它是那样的不起眼，整个宇宙中像银河系这样的星系，大约有1000亿个，而银河系中的恒星大约有1200亿颗或更多，太阳不过是其中十分普通的一员。同在银河系的牵牛星与织女星都比太阳大很多。 人类自有文明以来，不断地探索认识客观世界，太阳也不例外，开始是把它作为神来崇拜，(我们中华民族的先民把自己的祖先炎帝尊为太阳神)。以后认为天圆地方，再后认识到地球是一个圆球，但长时期中认为是宇宙的中心(从公元前到托勒密都主张地心说)，直到16世纪哥白尼才创立了日心说，包括布鲁诺、伽里略都因此而受到教廷的残酷迫害。当然以后证明太阳也不是宇宙的中心。但哥白尼等的贡献是伟大的，根本动摇了欧洲中世纪宗教神学的理论基础，恩格斯曾说:“从此自然科学便开始从神学中解放出来”。 我们的太阳系，除太阳而外，有九颗行星(这些行星周围有几十颗卫星)、有无数的小行星还有相当数量的彗星，太阳占了太阳系总质量的98%以上(太阳的主要常数见附表)。太阳与地球的距离约1.5亿千米，它的半径约696，000，千米，是地球的100多倍，表面温度约6000K，中心温度大于15,000,000K。太阳的构造，大体上是(从里到外)核心、辐射层、对流层、光球、色球和日冕，我们通常看到的是它的光球。 事物总是发展的变化的，有始也有终。据研究，太阳形成于50亿年前 ，它的寿命还有50亿年(是指主序星阶段的结束)现在处于相对成熟稳定的阶段，有利于地球上生命的存在和发展。宇宙中不同质量的恒星其演变历程也有所不同，像地球这样中等个头的恒星，现在属于黄矮星，几十亿年后将成为一颗红巨星，最终成为白矮星乃至“熄灭”，地球是太阳系的一员，应该是与太阳同呼吸共命运的。 太阳是一个巨大的核聚变反应堆，主要是氢聚变为氦，发出巨大的能量。以它的光芒照射着我们的太阳，是地球能量的主要来源，我们所感受到的太阳的存在，是它的辐射。太阳的辐射，主要是可见光，也有红外线和紫外线，可见光占太阳辐射总量的50%，红外线占43%。紫外区只占能量的7%。据粗略估计，太阳每分钟向地球输送的热能大约是250亿亿卡，相当于燃烧4亿吨烟煤所产生的能量。平均日地距离时，在地球大气层上界垂直于太阳辐射的单位表面积上所接受的太阳辐射能有1353w/m2，这是相当可观的，到达地球表面的辐射能则因大气和尘埃的反射、折射有一定的衰减，并随纬度的不同而有差异。煤炭和石油则是通过生物的化石形式保存下来的亿万年以前的太阳能，风能、水力归根结底也是太阳能的转化形式。 生命起源需要能量，生命要维持和延续也需要能量。一定的温度条件也是生物生存和延续所必需的，最低限度是水必须保持液态。太阳给我们带来温暖和光明，提供了必需的能量。如今对太阳能最主要的利用是通过植物的光合作用来实现的，营光合作用的生物是食物链的基础。有资料表明地球上的植物每年固定了3×1021焦耳的太阳能，相当于人类全部能耗的10倍，合成近2000亿吨有机物。对我们人类来说，通过光合作用不断产生的有机物是太阳的最基本的恩赐。太阳辐射还能帮助我们推动地球上物质的循环和流动。日光(紫外线)能杀灭许多有害的微生物，照射皮肤可以将我们摄入的一些营养成分转化为我们所必需的维生素D，帮助钙的吸收利用。 当今通过科学技术装备，人们扩大了对太阳能的直接或间接的利用。最简单的是太阳能热水器，再就是太阳能发电，用太阳能驱动车辆。日光被聚焦或能达到很高的温度，现在世界上最大的抛物面型反射聚光器有9层楼高，总面积2500平方米，焦点温度高达4000℃，许多金属都可以被熔化。在地球上的化石能源逐渐趋于枯竭，并污染严重的情况下，科学家对安置在地面或太空中的太阳能电站寄予很大的期望。由于在高空的静止轨道上每天可以有90%以上的时间受到阳光照射，并没有大气层的阻挡衰减，据计算每天能接收太阳能32 kW·h/m2，在上世纪70年代，美国NASA(美国国家航空和宇宙航行局)和能源部曾提出了一个空间太阳电站方案，在静止轨道上部署60个发电能力各为500万千瓦的太阳能电站，可以基本上满足本国对电能的需要。日本有一个计划，在若干年后将一枚发电能力为一百万千瓦特的卫星，送上距离地球表面约三万六千公里的轨道。甚至还有科学家设想在月球上建立太阳能电站。我国的西藏、青海等地区，日照比较强，近年来地面的太阳能发电装置发展较快。西藏平均海拔4000米，是世界上离太阳最近的地方，空气稀薄、透明度好、纬度低，年日照时数在3000小时左右，太阳能年辐射总量为每平方厘米185千卡以上，据测算去年西藏通过太阳能的开发利用年节能相当12.7万吨标准煤、价值人民币1亿元左右。 然而太阳对我们也不是有百利而无一弊的，相对稳定不等于不变 ，地球上许多地质和气象灾害都与太阳活动有关。大范围来说地球的发展史上有过多次冰河期，每次冰河期地球气候变冷，甚至导致生物物种的大量灭绝，一万年前，最后一次冰河期结束，地球的气候才相对稳定在当前人类习以为常的状态。小范围来说，约11.2年的太阳黑子周期，对地球的气候等方面有相当的影响。太阳风也是一种太阳辐射，它是带电粒子流;在太阳黑子、耀斑增多和日冕物质喷发时，会使太阳风大大增强，成为太阳风暴，引起大气电离层和地磁的变化，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。2000年起，伴随着太阳黑子的增多，太阳活动又一次进入活跃期，2001年9月下旬太阳发生了一次强烈的X射线爆发和质子爆发，达到正常流量的1万倍，对跨越极地地区的短波通信、广播等会造成一定影响。2000年全球地震加剧与太阳风暴影响地球磁场有关。有的科学家把太阳风暴比喻为太阳打“喷嚏”，太阳一打“喷嚏”，地球往往会发“高烧”。 风是好东西，空气的流动可以使不同地区的空气组成趋向均一，可以减少温差，可以传播花粉等等，但风灾(龙卷风、热带气旋、台风-风暴潮)往往造造成生命财产的巨大损失。雨也是我们所不可或缺的，但是频繁的洪涝灾害，对人类正常的生产、生活破坏也是严重的。 人为的因素往往加剧自然灾害，除污染问题外，突出的是温室效应，大气层中日益增多的二氧化碳、甲烷等能阻挡地球热量的散发，如同温室的塑料薄膜。近年来全球的政府机构和科学家都十分关注全球气候变暖的问题，据观测从19世纪末开始全球平均气温上升了0.3~0.6℃，而且正在不断加剧。大多数科学家认为主要原因是大量温室气体排放造成的温室效应。20世纪的90年代，全球发生的重大气象灾害比50年代多5倍，因此遭受的年均经济损失也从60年代的40亿美元飚升至290亿美元。专家预言若不采取措施，在未来的一百年中全球平均气温可能上升1.4至5.8摄氏度，这将使极端天气和气候事件更为频繁，严重威胁全球社会经济的可持续发展。气候变暖将导致海平面升高。有一份由以3000名科学家的调查为基础撰写的报告，预言2010年，海平面将显著上升。首当其冲的是太平洋岛国图瓦卢，在过去十年里，海水已经侵蚀了图瓦卢1%的土地，如果地球环境继续恶化，在五十年之内，图瓦卢九个小岛将全部没入海中，在世界地图上将永远消失。而且，它变得无法居住的时间还会大大提前。为此图瓦卢的领导人考虑可能要举国动迁。据报道，美国皮尤全球气候变化研究中心近期发表的一份研究报告估计说，到本世纪末全球气温的升高 ，使南北极的冰和高山的积雪、冰川不断融化，将导致海平面升高 17-99 厘米。如果那样，我国富庶的东南沿海将受严重影响。平均气温升高将显著影响的物种分布，许多物种会加速灭绝，破坏生态环境。20世纪开始由于人类活动等原因，地球上空的臭氧层变薄并出现空洞，太阳辐射中的紫外线，失去阻挡，大量到达地面，人类和生物将因此而受到过强紫外线的伤害。 确实，我们人类没有能力改变宇宙演化规律，没有能力改变太阳这个庞然大物的生老病死和喜怒哀乐。有的科学家设想的地球人口过多或在遥远的将来地球环境变得不适合人类居住的时候，可以向其他星球移民。即使可能实现，也只是不得已的措施。在今天我们必须面对现实，必须进一步深入地研究太阳，更多地了解它的实际和运动规律，趋利避害，更好地利用它，例如在太阳能的利用方面应该还有许多可能，包括用生物技术改造藻类、植物的光合作用能力(现在的农作物对光能的利用率一般只有百分之几)。与此同时采取措施规避它的危害，加强对太阳活动的观测，提高气象、地质灾害的预报水平;特别要减少温室气体的排放，保护和恢复臭氧层。