书城科普奇妙的大自然:360°亲近大自然
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第74章 拍照遇到的尴尬——北极熊与太阳能收集器

小问号

从西伯利亚到阿拉斯加,横越加拿大进入北极地段,一直到格陵兰和挪威北部岛屿,在这方圆1000多万平方千米的冰冻地带,像流浪汉一样漫游着世界上最大的食肉动物,这就是身高1米多、体长2米多、重达700多公斤的被人们称为“冰上霸王”的北极熊。我们知道,寒冷的北极,终年被冰雪覆盖着,当严冬到来时,这里的温度经常降到零下八十度。而以冰雪为家的北极熊,常常栖居在北冰洋的冰块上,却照样活着。它们为什么不会被冻死,奥秘在哪儿?

为了揭开北极熊抗寒的秘密,科学家对白极熊浓密的皮毛进行了长期的分析和研究。

过去,人们只知道北极熊有几厘米厚的皮下脂肪层,还长着水很难渗进的毛,耳朵和尾巴都很小,散热少,这些都使它具有出色的耐寒本领。至于北极熊是白色的,一般都认为那是一种天然的保护色罢了。后来,美国科学家马尔利姆·亨利在拍摄北极熊照片时遇到了一件尴尬事,才彻底改变这一看法。

原来,马尔利姆·亨利拍摄野生动物的红外线照相机不适用于北极熊,或者说用它根本拍不出照片来。北极熊这种动物不能被拍摄在红外线胶卷上,因为它们的体表温度好像周围极地的冰雪一样,是冷冰冰的。无奈之下,科学家又改用紫外线照相机来拍照。这一次,又产生了意外,北极熊的照片不仅十分清晰,而且在照片上它比周围冰雪的颜色要深得多。据此,科学家进一步跟踪研究,亨利用扫描电子显微镜观察了北极熊的白毛:那一根根的白毛好像一根根空心管子,毛内不含有任何色素;平常看上去之所以为白色,是因为毛管内表面比较粗糙的缘故,就像透明的雪花落在地上显出白颜色一样。这一发现令亨利惊喜不已。接着,他继续深入地研究北极熊,终于有了更多、更大的惊喜:北极熊的毛管能使紫外线沿着芯部通过,就像一根根畅通无阻的紫外线导管一样,每根毛中间都是空的,就像一根根空心的“管子”,每一根“管子”,都能把射入的太阳光散射开来,使毛呈现白色的外观。这样放眼望去,雪是白的,冰是白的,而北极熊的一身白毛,正好像一件白色的外套,不仅成了北极熊极好的保护色,不容易被敌害发现,利于进攻和获取食物,关键是这种毛能把散射的辐射光传递到皮肤的表面,被表皮吸收并转变成热能,以补充北极熊在新成代谢中所消耗的热量。经测定,北极熊的皮毛将紫外线转化成为热的有效率高达95%。也就是说,北极熊能把95%的太阳辐射能转为热能。

原来如此!北极熊之所以能在冰海雪原上悠然自如地生息繁衍,就是因为它具有这种高效率的天然太阳能收集器。人们从北极熊特殊的皮毛中受到了启示,便在平板太阳能收集器中填满了像毛发样的纤维,结果发现,太阳能转换为热能的效率增加了50%。在研究中还发现,如果把太阳能收集器上的电池板加以改进,就能吸收太阳光谱中的较多光线,提高它的热转换率。而且,即使在多云的天气,也照样能把太阳光中的辐射透过云层照在收集器上。这样,太阳能的利用率将会得到很大的提高。

“小档案”

太阳能一般指太阳光的辐射能量。在太阳内部进行的由“氢”聚变成“氦”的原子核反应,不停地释放出巨大的能量,并不断向宇宙空间辐射能量,这种能量就是太阳能。太阳内部的这种核聚变反应,可以维持几十亿至上百亿年的时间。到达地球大气层的太阳能,30%被大气层反射,23%被大气层吸收,其余的到达地球表面。据测,太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于燃烧500万吨煤释放的热量。人类对太阳能的利用有着悠久的历史。我国早在两千多年前的战国时期,就知道利用钢制四面镜聚焦太阳光来点火;利用太阳能来干燥农副产品。近代太阳能利用历史可以从1615年法国工程师所罗门·德·考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机算起。该发明是一台利用太阳能加热空气使其膨胀抽水的机器。在1615年~1900年之间,世界上又研制成多台太阳能动力装置和一些其他太阳能装置。发展到现代,太阳能的利用已日益广泛,它包括太阳能的光热利用、光电利用和光化学利用等。