太阳给我们送来了什么?
我们最直接的感受是:太阳送来了光和热。
除了直接的感受以外,太阳能还转化成一大批贵重的礼物:粮食、煤、石油以及电力。地里的庄稼在阳光的照射下,才会进行光合作用,从而生长发育开花结果,人才有了粮食。而远古的植物和动物的尸体被埋在地下,转化成煤和石油。今天烧煤,是在消耗远古的太阳能。
太阳还把海水晒热,产生水蒸气,送到大陆变成了雨,雨水贮在水库里,用来发电,太阳能转化成了电能。
地球上的能源,绝大多数来自太阳。抬头看看太阳,不由得感叹,太阳时时刻刻在向外发射能量,地球接收到的能量只是很小很小的一部分。太阳的能量该是多么巨大,太阳能是怎么产生的呢?
不同的时代,有不同的答案。
在科学不发达的年代,人们看到火红的太阳,就联想到太阳是个大火球,一定存在着燃烧现象,会不会是煤在燃烧?可是,稍有头脑的人说,就算太阳是个巨大的煤球,它又够烧几年呢?无论太阳多么巨大,按体积计算,也就只够烧几千年,就算能烧1万年,“煤球”也烧完了。可是,太阳的年龄却是50亿年,哪里有什么烧了50亿年的大“煤球”?
太阳能来自燃烧,仅仅是一种猜测。猜测不是科学,说出来跟没说一个样,不知道还是不知道。
到了19世纪,有位天文学家在研究太阳是怎么形成的时候,同时回答了太阳能是怎么产生的。他说,太阳原来是一团大星云,体积非常大,就像今天整个太阳系那么大,后来逐渐凝缩,在凝缩的过程中,由于引力的作用,外围的质点纷纷涌向太阳中心,产生了动能,转化为光和热向外辐射。在当年,星云学说是引人注目的理论,相当多的人接受了这个说法,以为这就知道了太阳能的来源。
进入20世纪,科学发展了,科学家首先关心的不是去解答太阳能从何而来,而是太阳上有些什么物质。因为射到地球上的太阳光就是重要的信息,太阳光通过三棱镜就会分成颜色鲜艳的七色光。从那些宽窄不同的彩色谱线中,就能分析出太阳上的物质。1929年,美国科学家罗素反复地分析了太阳光谱,告诉人们,太阳这个大火球,实际上充满了气体,绝大部分是氢。按质量计算氢占71%,氦占27%,其他元素只占2%。
这时候,原子科学也有了发展,研究原子的科学家也关心起太阳能从何而来,他们根据太阳含有丰富的氢进行分析,认为太阳内部存在着核反应。贝特是出生在德国的美国科学家,他认为,4个氢核结合成1个氦核,产生了能量,也就是说,氢是太阳的“燃料”,氦是烧下来的“灰”。贝特的说法,不仅解释了太阳能的来源,还扩大到恒星,恒星发光也是这个原理。
贝特的理论告诉了我们,太阳和恒星的能量来自核反应,是核聚变的结果。为什么太阳能产生大量的光和热,辐射出大量的能量?是靠烧掉了一些氢,每秒钟要损失400万吨物质!但是,太阳中的氢实在太多了,还经得起消耗,在数百万年以内,这个损失仍只是一个可以忽略不计的小数目,太阳还有几百亿年的寿命。
这样,人们总算知道了太阳能的来源。可是,人的认识总是在不断发展。人们掌握核聚变的技术,制成了氢弹,却有一个解不开的谜。氢弹里有氢核,在高温条件下,氢核一下子聚合成氦,产生了大量的光和热,这一切过程,仅仅在爆炸的一瞬间就完成了。爆炸结束,核反应也完结了,所有的氢都参加了反应。
人们在想,核反应有两种,一种是核裂变,原子弹爆炸就是裂变的结果;另一种是核聚变,氢弹爆炸是核聚变的结果。可是,核裂变现在已经可以加以控制,能按照人的意愿,不是突然爆炸,而是缓慢地连续地进行反应,用来发电,建成原子能电站。可是,氢核聚变却只能以爆炸的形式出现,所有的氢一起参加反应,反应一次完成。
这就产生了一个问题,既然太阳含有丰富的氢,太阳中心的温度又高达上千万摄氏度,为什么不会使所有的氢一起参加反应,为什么不是反应一次完成,而是缓慢地进行,并且已经进行了50亿年!
这个问题也可以反过来问,既然太阳的寿命已有50亿年,由此可见,太阳一直在进行着核聚变,不是一次爆炸式的聚变,而是持续不断地聚变。核聚变能够持续不断地进行,一定存在着一种控制机理,这是我们所不知道的,这是一个谜。
科学家正在力求破解这个谜。科学家为了利用氢这个廉价的原料作为能源,正在寻找控制氢聚合的过程,只要找到控制的办法,就有了大规模利用氢的可能。
也许,太阳会给我们一点启示,告诉我们氢的聚变不一定是爆炸,也可以持续进行,也是可以控制的。