太阳辐射的能量主要来自太阳内部的什么反应

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太阳辐射是地球表层能量的主要来源.太阳辐射在大气上界的分布是由地球的天文位置决定的,称此为天文辐射.由天文辐射决定的气候称为天文气候.天文气候反映了全球气候的空间分布和时间变化的基本轮廓.

太阳辐射随季节变化呈现有规律的变化,形成了四季.

除太阳本身的变化外,天文辐射能量主要决定于日地距离、太阳高度角和昼长.

地球绕太阳公转的轨道为椭圆形,太阳位于两个焦点中的一个焦点上.因此,日地距离时刻在变化.每年1月2日至5日经过近日点,7月3日至4日经过远日点.地球上接受到的太阳辐射的强弱与日地距离的平方成反比.

太阳光线与地平面的夹角称为太阳高度角,它有日变化和年变化.太阳高度角大,则太阳辐射强.

白昼长度指从日出到日落之间的时间长度.赤道上四季白昼长度均为12小时,赤道以外昼长四季有变化,23.5°纬度的春、秋分日昼长12小时,夏至和冬至日昼长分别为14小时51分和9小时09分,到纬度66°33′出现极昼和极夜现象.南北半球的冬夏季节时间正好相反.

天文辐射的时空变化特点是：①全年以赤道获得的辐射最多,极地最少.这种热量不均匀分布,必然导致地表各纬度的气温产生差异,在地球表面出现热带、温带和寒带气候；②天文辐射夏大冬小,它导致夏季温高冬季温低.

大气对太阳辐射的削弱作用包括大气对太阳辐射的吸收、散射和反射.太阳辐射经过整层大气时,0.29μm以下的紫外线几乎全部被吸收,在可见光区大气吸收很少.在红外区有很强的吸收带.大气中吸收太阳辐射的物质主要有氧、臭氧、水汽和液态水,其次有二氧化碳、甲烷、一氧化二氮和尘埃等.云层能强烈吸收和散射太阳辐射,同时还强烈吸收地面反射的太阳辐射.云的平均反射率为0.50～0.55.

经过大气削弱之后到达地面的太阳直接辐射和散射辐射之和称为太阳总辐射.就全球平均而言,太阳总辐射只占到达大气上界太阳辐射的45％.总辐射量随纬度升高而减小,随高度升高而增大.一天内中午前后最大,夜间为0；一年内夏大冬小.

太阳辐射能在可见光线（0.0.76μm）、红外线（＞0.76μm）和紫外线（＜0.4μm）分别占50％、43％和7％,即集中于短波波段,故将太阳辐射称为短波辐射.

太阳辐射试验是评定户外无遮蔽使用和储存的设备经受太阳辐射热和光学效应的能力.

太阳的光和热是从哪里来的？

太阳的热核反应产生能量。

太阳是一个直径约为1.4×106km的巨大灼热气体球，其质量是地球质量（6×1021t）的33.3万倍，占太阳系总质量的99.87％。但由于它的体积是地球的130万倍，所以平均密度只有水的1.41倍，大约和类木行星相似，相当于地球的1／4左右。

太阳表面的温度约为6000K（=5726℃），所以看起来呈橙**。中心部分温度推测可高达1.5×107K，密度达到水的160倍。在这种高温、高压条件下，组成3／4太阳物质的氢元素会失去外层电子，仅剩的内部原子核称为质子。质子在以极大速度运动时可以克服彼此间的静电斥力，发生猛烈的碰撞，由4个氢原子核聚变成为1个氦原子核。这种不断进行的热核反应，使太阳成为一所巨大的天然原子能工厂。

太阳内部发生的热核反应中，存在爱因斯坦在狭义相对论中指出的质量和能量转化关系，即著名的“E=mc2”公式。4个氢核在聚变前的总质量是4×1.0079=4.0316m0（m0原子质量单位，以碳原子的1／12为标准），而1个氦原子核的质量是4.0026m0，每次核聚变就亏损0.029m0的质量。由于真空中光的速度达到约3×105km／s，所以很少一点质量可转化为巨大的能量。根据推算，1克氢核聚变为氦核大约产生6281×108J（或1500×108cal）的热能，相当于燃烧15t石油或2700t煤所发出的能量。

太阳辐射和质量损耗

由于太阳体积的巨大和热核反应频频发生，就能源源不断地以电磁波（含可见光、紫外线、红外线、无线电波、X射线和γ射线）的形式向四周放射能量，是整个太阳系光和热的主要源泉。

太阳辐射输出能量可以作如下计算：在日地平均距离（1.496×108km）处的地球大气顶界，垂直于太阳光线的1cm2面积上，每分钟接受的太阳辐射能量称为太阳常数，以热量单位表示为8.25J。

根据太阳常数乘以假设被太阳光垂直照射的半个地球圆面积，就可获得一分钟内太阳向地球辐射输送的能量，其值为π×（6.371×108）2cm2×8.25J／cm2·min=1.052×1015J，大约相当于燃烧4×108t烟煤产生的热量。一年中太阳给地球的热量累计相当于100×1016KW·h电，是目前全世界总发电量的几十万倍。

从太阳系整体角度看，地球吸收到的热量仅是太阳辐射总量中的很小一部分。我们采用以日地平均距离为半径的球面上，每分钟每平方厘米获得的太阳常数乘以整个球面积，其值为8.25J／cm2·min×4π×（1.496×1013）2cm2=2318cm×1028J／min=38.62×1025J／s，高出地球吸收到能量的11个数量级。

太阳在大量释放能量的过程中，每秒钟内由于核聚变而损耗的质量达到4×107t。由于目前太阳的热核反应状态已维持50亿年左右的历史，假定能量辐射率基本不变，累计损耗的质量可达6.305×1022t，也只不过是太阳全部质量1.989×1027t的0.03％。根据银河系内部不同演化阶段的恒星演化史推算，太阳现在仍处于壮年期，它的寿命估计可达到100亿年。所以从人类历史的时间尺度来看，太阳的热核反应和能量辐射是取之不尽的能量来源。

太阳活动与黑子周期

太阳正处于由中心区氢核聚变而辐射巨大能量阶段，总辐射量变化不到1％。太阳表面的大气圈从里向外分为光球、色球和日冕三层，其中灼热的等离子气体密度很小（光球部分相当地球大气压力的百分之一，日冕部分仅为十亿分之一），直接受太阳磁场的支配处于局部的剧烈运动之中，称为太阳活动（solaractivity）。

太阳活动的最基本标志是日面光球上经常出没的“暗黑”斑点，即黑子（sunspot）。黑子其实也发光，只是因为温度比周围光球低1000℃左右，在明亮光球反衬下看起来呈暗黑色。黑子的直径可自2×103～3×103km至1.5×107km，中心部位凹陷约500km，一般认为它是太阳表面剧烈活动所激起的气旋涡。小的黑子仅存在数小时，大黑子群则可延续几个月。黑子在日面的移动可据以证明太阳也有自转，其赤道部分约25日自转一周。黑子分布范围主要集中于日面南、北纬5°～25°之间。

每个黑子周期开始时，黑子一般出现在纬度±30°附近；黑子数最多的高峰期，则出现在纬度约±15°处；黑子周期结束时，赤道附近的黑子又都消失，下一个周期的黑子又开始在纬度±30°附近出现（图1-3），黑子时空分布形状很像一群蝴蝶，故又称蝴蝶图。

太阳的光和热源于太阳内部的核聚变反应。在太阳的核心，氢原子核发生聚变，合并成氦原子核，释放出巨大的能量。这个过程称为核聚变反应，是太阳维持燃烧的主要机制。

核聚变反应中，高温和高压条件使得氢原子核克服相互之间的静电斥力，彼此靠近并融合成氦原子核。在这个过程中，一小部分质量转化为能量，根据爱因斯坦的质能方程 E=mc^2，质量和能量之间存在着等效关系。

太阳核聚变产生的能量以光和热的形式辐射到太阳表面，并由太阳辐射出去，形成太阳光和太阳热。这些能量通过太阳光线传播到地球上，成为地球上各种生物活动和气候变化的重要驱动力。

总结起来，太阳的光和热是由太阳内部的核聚变反应释放出来的能量，经过辐射传播到地球和其他天体上。

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