Содержание
Солнце – источник света, тепла и жизни на Земле — Общенет
Солнечная система сформировалась приблизительно 5 миллиардов лет назад в результате сжатия газово-пылевого облака, размеры её весьма внушительны: диаметр орбиты самой дальней карликовой планеты Плутон составляет 15 триллионов километров, световой луч преодолевает их за 11 часов. А между тем солнечная система составляет лишь очень малую часть нашей Галактики — млечного Пути, чей диаметр около 100 тысяч световых лет. Мы, земляне, живём практически на полпути от центра Галактики до её края — 27 тысяч световых лет в обе стороны.
Что такое Солнце?
Cолнце — единственная звезда и центральное тело солнечной системы — вращается вокруг галактического центра со скоростью 220 км/с и совершает полный оборот за 226 миллионов лет — столько времени длится галактический год. По сравнению с земным годом — 365 дней размеры Галактики представляются просто грандиозными. Солнце – это небесное тело – источник света, тепла и жизни на Земле.
По своей структуре Солнце представляет собой огромный газовый шар, внутри и на поверхности которого уже на протяжении миллиардов лет сохраняется предельно высокая температура. На Солнце постоянно происходит процесс преобразования водорода в гелий.
Этот процесс ученые называют термоядерной реакцией. Водород составляет 74% от массы солнечного ядра, гелий – 25% от этой массы. При преобразовании одного химического элемента в другой частички водорода объединяются в более тяжелые частички, и одновременно высвобождается большое количество энергии в виде тепла и света.
Из-за высокой температуры частицы газов на Солнце – ядра атомов и свободные электроны – движутся с сумасшедшей скоростью. В каждом ядре атома есть частицы, называемые протонами и нейтронами. Протоны имеют положительный электрический заряд, нейтроны же заряда не имеют. Атомы различных элементов отличают друг от друга по количеству протонов и нейтронов, которые служат своеобразными «кирпичиками» для построения. В каждом ядре атома водорода содержится один протон, в атоме гелия – два протона и два нейтрона.
Когда четыре ядра водорода соединяются вместе, они образуют одно ядро гелия, фотоны и прочие мелкие частицы. Именно фотоны и представляют собой свет, разлетающийся во все стороны. По подсчетам ученых, каждую секунду в солнечном ядре в лучистую энергию превращается около четырех миллионов тонн вещества. Эта энергия рассеивается в космосе и достигает Земли. Стоит отметить, что вблизи солнечного ядра температура составляет около 14-ти миллионов градусов, а мощность излучения, доходящего до нашей планеты, составляет приблизительно 1000 ватт на квадратный метр поверхности.
Гелиоцентрическая система Коперника
Солнце по-гречески называется Гелиос. Греки считали, что Гелиос живёт на востоке в прекрасном дворце, окружённом временами года — летом, зимой, весной и осенью. Когда утром Гелиос выезжает из своего дворца, звёзды гаснут, ночь сменяется днём. Звёзды вновь появляются на небе, когда вечером Гелиос исчезает на западе, где он пересаживается из колесницы в прекрасную лодку и переплывает море к месту восхода.
В Древней Руси тоже поклонялись богу Солнца. Его называли Ярило и в честь него каждый год весной устраивали празднества и гулянья.
На протяжении очень долгого времени люди считали, что в центре Вселенной покоится неподвижная Земля, а вокруг неё движутся все небесные тела, включая Солнце. (Такая модель называется геоцентрической: греческое слово «geo» означает «Земля».) У астрономов возникала масса трудностей в изучении движения звёзд и планет. Получалось, что они движутся по замысловатым траекториям, выделывая сложные петли и зигзаги.
Но вот, наконец, в XVI веке польский астроном Николай Коперник разработал гелиоцентрическую систему мира. В её основе лежали следующие утверждения:
1) в центре мира находится не Земля, а Солнце;
2) Земля вращается вокруг своей оси;
3) Земля, как и все другие планеты, обращается вокруг Солнца по окружности.
С открытием Коперника всё встало на свои места: стало понятно, как движутся планеты вокруг Солнца, и нашло объяснение видимое движение Солнца среди звёзд.
Солнце удерживает своим притяжением планеты и их спутники, астероиды, метеориты и прочие тела, которые вращаются вокруг него в одном направлении по эллиптическим орбитам. Самой большой угловой скоростью обладает ближайшая к Солнцу планета Меркурий — она совершает полный оборот вокруг Солнца всего за 88 земных суток; самая удалённая планета Нептун — за 165 лет. Между ними расположились Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн и Уран. Плутон, открытый в 1930 году, считался планетой до 24 августа 2006 года. В тот день на основании результатов последних исследований Международный астрономический союз лишил его этого статуса.
Почему Солнце светит и греет
Солнце находится на расстоянии 150 миллионов километров от Земли. Несмотря на такую в буквальном смысле слова космическую дистанцию, все жизненно важные процессы на нашей планете зависят именно от Солнца.
Мы бы не могли существовать, если бы Солнце вдруг перестало светить и греть. Наша планета стала бы холодной и мертвой.
На Земле стало бы так холодно, что замёрзла бы не только вода в реках, морях и океанах, но даже и воздух, которым дышат люди, животные и растения. Солнечное излучение поддерживает жизнь на Земле, влияет на погоду и климат, участвует в фотосинтезе.
А светит и греет Солнце потому, что оно очень горячее: у поверхности — почти 6 тысяч градусов, а в центре — 15 миллионов градусов. При такой температуре железо и другие металлы не просто плавятся, а превращаются в раскалённые газы. Значит, Солнце — огромный, массивный шар, состоящий из раскалённого газа. На самом деле, на Солнце не могут существовать даже крохотные частички — атомы, из которых вообще состоит всё живое и неживое в природе. Атомы, очень прочные на Земле, на Солнце расщепляются на ещё более мелкие частицы. Каждую секунду в энергию превращается 4,26 миллиона тонн солнечного вещества, но это ничтожное количество по сравнению с массой Солнца. Даже на огромном расстоянии Солнце может растопить льды, поднять температуру воды в реках и морях, согреть или остудить Землю — оно может всё!
Каким же образом внутри Солнца всё время поддерживается температура в миллионы градусов? Это очень сложный и важный вопрос, над которым долго размышляли многие астрономы и физики.
Сейчас почти все они не сомневаются в том, что в центральной части Солнца идут термоядерные реакции, в результате которых водород превращается в гелий. Причём плотность вещества там в 150 раз больше плотности воды и в 7 раз больше плотности самого тяжёлого металла на Земле — осмия. Такой необыкновенный «костёр» пылает внутри Солнца миллиарды лет. И пока он там пылает, Солнце будет посылать свет и тепло каждому из нас и всему живому на Земле. Многие задаются вопросом: что произойдет, когда потухнет Солнце? Ученые отвечают: в скором будущем такого поворота опасаться не стоит. Солнце может потухнуть только после того, как растратит весь имеющийся на нем водород, и процесс его трансформации в гелий прекратится. Но за все время существования Солнечной системы в гелий превратилось меньше половины имеющегося на Солнце водорода. А значит, Солнце будет светить и греть еще очень долго.
Наблюдения людей за Солнцем
Первым астрономическим инструментом для наблюдений за Солнцем была обыкновенная палка.
Ею пользовались когда-то древние астрономы. Палка — инструмент, конечно, очень простой, но если воткнуть её вертикально в землю, то можно наблюдать за тенью, которую она отбрасывает, когда освещается Солнцем. В астрономии её называют «гномон». Чем выше поднимается Солнце, тем короче тень от гномона. Самая короткая тень бывает в полдень, когда Солнце находится на юге, в наиболее высокой точке своего пути.
Люди придумали разные способы, с помощью которых можно определить расстояние до небесных тел — Луны, Солнца, звёзд. Для этого потребовались и математика, и очень точные измерительные приборы, и многое другое. Но самым главным помощником в определении расстояния до звёзд и планет стал световой луч. Проворнее луча нет ничего, только он может за одну секунду пролететь целых 300 тысяч километров. Например, световой луч от Солнца достигает Земли за 8 минут 20 секунд и пролетает за это время почти 150 миллионов километров — именно на таком расстоянии от Солнца находится наша Земля.
+Вообразить себе 150 миллионов километров очень трудно, в обычной жизни людям с такими расстояниями не приходится иметь дело. Если человек отправляется из Москвы в Санкт-Петербург, ему предстоит проехать или пролететь всего около 700 километров. Тысячи километров отделяют Москву от Владивостока. Десятки тысяч километров потребуется преодолеть, чтобы совершить кругосветное путешествие. Конечно, быстрее всех Землю облетали космонавты. Например, Юрий Алексеевич Гагарин — первый в мире космонавт — облетел Землю за 108 минут с первой космической скоростью — 8 км/с. А до Солнца даже при второй космической скорости — 11,2 км/с — пришлось бы лететь несколько месяцев.
Когда люди узнали, на каком расстоянии от Земли находится Солнце, они поняли, что оно очень большое. С чем же сравнить Солнце, чтобы понять, как оно велико? Наверное, лучше всего — с Землёй, на которой мы живём. Попробуем вообразить себе большущий пустой шар такой величины, как Солнце, и много «маленьких» шариков размером с Землю.
Сколько же «маленьких» шариков поместится в одном большом? Оказывается, 1 миллион 300 тысяч! Диаметр Земли — 12 756,2 километра, а Солнца — в 109 тысяч раз больше. В Солнце сосредоточено около 99,8 процента массы всех тел Солнечной системы, вместе взятых, — это приблизительно 2 • 1027 тонн.
Почему происходят затмения Солнца
Нам часто приходится наблюдать, как в ясный солнечный день тень от облака, подгоняемого ветром, пробегает по Земле и достигает того места, где мы находимся. Облако скрывает Солнце. Во время солнечного затмения Луна проходит между Землей и Солнцем и скрывает его от нас. +Наша планета Земля вращается в течение суток вокруг своей оси, одновременно движется вокруг Солнца и за год делает полный оборот. Луна — спутник нашей Земли — движется вокруг Земли и полный оборот совершает за 27,3 суток. Взаимное расположение всех трех небесных тел все время меняется. При своем движении вокруг Земли Луна оказывается между Землей и Солнцем. Луна — темный непрозрачный твердый шар, она, словно громадная заслонка, закрывает собой Солнце.
Солнечное затмение может наступить только во время новолуния, когда Луна обращена к Земле темной неосвещенной стороной. Луна, по сравнению с Солнцем, ближе к нам почти в 400 раз, и в то же время ее диаметр меньше диаметра Солнца также приблизительно в 400 раз. Поэтому видимые размеры Солнца и Луны почти одинаковые, и Луна, таким образом, может закрыть Солнце.
Расстояния Солнца и Луны от Земли не остаются постоянными, а слегка изменяются, так как орбиты Земли вокруг Солнца и Луны вокруг Земли не окружности, а эллипсы. В связи с этим солнечные затмения бывают полными, когда Луна целиком закрывает Солнце, или кольцеобразными, когда Луна от Земли в наибольшем удалении и лунный диск меньше солнечного. Если Луна проходит не посередине Солнца, а по краю, говорят, что это частичное затмение.
Тень, которую Луна отбрасывает на Землю, движется по поверхности Земли со скоростью 1 км/с, т.е. быстрее ружейной пули. Поперечник теневого пятна менее 270 км. +Полоса солнечного затмения очень мала по сравнению с площадью поверхности Земли, Вокруг пятна тени располагается область полутени, она значительно больше (6—7 тыс.
км). Здесь наблюдается частичное затмение.
из Википедии, фото из интернета
Как свет идет от Солнца до Земли
Эта огненная сфера слишком яркая для невооруженного глаза. Но если заглянуть в нее глубже, можно увидеть истинную природу Солнца. Этот гигантский шар из раскаленного газа — самый крупный объект солнечной системы. Солнце вырабатывает тепло и свет. Это источник энергии для жизни на Земле. Глубоко в недрах Солнца происходит постоянно ядерная реакция. Наша звезда опасна, но без нее нам не жить. Ни один из аспектов жизни не продолжился бы без Солнца.
Свет – одна из фундаментальных составляющих нашей вселенной, основополагающая часть всего сущего. Это явление не только самое важное, но и самое быстрое в космосе. Скорость света достигает 300000 км/с. Поскольку расстояние до Солнца около 150 млн. км, то свет достигает Земли примерно за 8 мин. Но эти 8 мин, всего лишь заключительный бросок в его путешествии.
Пройдет около миллиона лет, прежде чем свет покинет внутреннюю суровую среду Солнца. А это значит, что свет, который люди видят на Земле сейчас, был произведен задолго до того, как человеческая цивилизация появилась.
Солнце имеет несколько слоев тяжелого газа толщиной в сотни тысяч километров. А в его центре находится ядро, рождающее солнечный свет. И рождает его одна из самых разрушительных реакций во вселенной – ядерный синтез (преобразование водорода в гелий). Если соединить два атома водорода, произойдет реакция и получится гелий. Звучит вроде просто, но это не так. На деле не просто соединить два атома, потому что два протона имеют одинаково положительный заряд и поэтому отталкиваются друг от друга. Протоны не любят приближаться друг к другу. Для их слияния требуется очень большая энергия, а это происходит очень редко. Соединение протонов задействует огромные объемы тепла и давления, которые производит гравитация.
Солнце содержит около 99,8% материи всей солнечной системы, и вся эта масса скрепляет слои Солнца с помощью мощнейшей гравитационной силы.
Гравитация помогает атомам водорода соединиться и так происходит ядерный синтез. В этом ядерном реакторе атомы водорода соединяются «бесконечное» число раз в секунду. Некоторые столкновения настолько сильные, что атомы сливаются, выпуская энергию. Но что удивительно она невероятно слаба. Во время синтеза в энергию превращается менее 1% протонов, этого мало даже для двигателя автомобиля. И эту энергию рождает лишь синтез. Большинство протонов, сталкиваясь не синтезируются. Это позволяет Солнцу прожить еще 10 миллиардов лет.
Путь мельчайшей частицы света – фотона, начинается в раскаленном ядре Солнца. Зародившись в форме гамма-луча фотон, вылетает из солнечного ядра со скоростью света. Если бы для него не было препятствий, с такой скоростью он бы пробил поверхность Солнца за 2 секунды. Солнце настолько плотное, что для того чтобы пробиться сквозь его слои различного газа наружу, лучу требуется 100 тыс., если не миллионы лет. Покинув солнечное ядро, новорожденный фотон пробирается сквозь густой слой атомов водорода.
Толщина этого слоя более 600 тыс. км. Фотону потребуется 100 лет, чтобы преодолеть его. После этого начинается прорыв через плазму Солнца, которая тянется на 320 тыс. км. Она имеет электрический заряд, препятствующий продвижению фотонов. Ее частицы удерживают фотон на долю секунды, потом отпускают его и тот сталкивается с другими частицами плазмы. Все эти процессы длятся тысячи и даже миллионы лет, пока, наконец, фотон не вырывается наружу и не продолжает свой путь до Земли или других уголков вселенной.
-
Разделы -
Космос
- Теги
- солнце
- скорость света
- фотоны
- ядерный синтез
- ядерная реакция
- свет
- материя
- водород
Вас также может заинтересовать
Откуда появились звёзды и Луна?
Природа света в теориях учёных
Другие записи из раздела Космос
-
Планета, кольца которой в 200 раз больше, чем у Сатурна -
Пострадал ли хоть один человек от падения космического мусора? -
Можно ли надуть мыльные пузыри в космосе? -
Сколько лет потребуется, чтобы долететь до Нептуна? -
Жизнь черной дыры -
Зонд «Паркер» прикоснулся к Солнцу -
Какова дальнейшая судьба МКС? -
Ученые нашли частицу «X».
Что дальше?
-
Как найти пригодную для жизни планету? -
Капля – это капля, даже если она металлическая -
Что удалось узнать ученым о межзвездной комете 2I/Борисова? -
Обнаружена первая сверхновая третьего типа -
Могут ли бактерии поглотить Солнечную систему? -
Космос наполнен призрачными звездами? -
Обнаружен близнец Млечного Пути -
Китай начал строить собственную космическую станцию -
Где произошел Большой взрыв? -
Путешествие к центру нейтронной звезды -
Миссия «Магеллан» — первый пристальный взгляд на злобного близнеца Земли -
Астросейсмология — искусство изучать звезды с помощью звука
Что дальше?
Как солнце производит энергию?
Фрейзер Кейн, Universe Today
Внутреннее строение Солнца.
Кредит: Wikipedia Commons/kelvinsong
Существует причина жизни, потому что Земля является единственным местом в Солнечной системе, где, как известно, жизнь может жить и процветать. Конечно, ученые считают, что под ледяными поверхностями Европы и Энцелада или в метановых озерах на Титане могут существовать микробные или даже водные формы жизни. Но пока Земля остается единственным известным нам местом, где есть все подходящие условия для существования жизни.
Одна из причин этого заключается в том, что Земля находится в пределах Обитаемой зоны нашего Солнца (она же «Зона Златовласки»). Это означает, что он находится в правильном месте (ни слишком близко, ни слишком далеко), чтобы получать обильную солнечную энергию, которая включает в себя свет и тепло, необходимые для химических реакций. Но как именно наше солнце производит эту энергию? Какие шаги для этого необходимы и как они попадают к нам на планету Земля?
Простой ответ заключается в том, что Солнце, как и все звезды, способно создавать энергию, потому что это, по сути, массовая реакция синтеза.
Ученые считают, что это началось, когда огромное облако газа и частиц (то есть туманность) рухнуло под действием силы собственной гравитации, что известно как теория туманности. Это не только создало большой шар света в центре нашей Солнечной системы, но и запустило процесс, в результате которого водород, собранный в центре, начал сливаться для создания солнечной энергии.
Технически известный как ядерный синтез, этот процесс высвобождает невероятное количество энергии в виде света и тепла. Но чтобы доставить эту энергию из центра нашего Солнца на планету Земля и дальше, нужно сделать пару важных шагов. В конце концов, все сводится к солнечным слоям и той роли, которую каждый из них играет в обеспечении того, чтобы солнечная энергия попадала туда, где она может помочь создать и поддерживать жизнь.
Ядро:
Ядро Солнца — это область, простирающаяся от центра примерно на 20–25 % солнечного радиуса. Именно здесь, в ядре, энергия вырабатывается атомами водорода (H), превращающимися в ядра гелия (He).
Это возможно благодаря экстремальному давлению и температуре внутри ядра, которые, по оценкам, эквивалентны 250 миллиардам атмосфер (25,33 триллиона кПа) и 15,7 миллионам кельвинов соответственно.
Конечным результатом является слияние четырех протонов (ядер водорода) в одну альфа-частицу – два протона и два нейтрона связаны вместе в частицу, идентичную ядру гелия. В ходе этого процесса высвобождаются два позитрона, а также два нейтрино (которые превращают два протона в нейтроны) и энергия.
Ядро — единственная часть Солнца, производящая заметное количество тепла в результате синтеза. Фактически, 99 % энергии, производимой солнцем, находится в пределах 24 % солнечного радиуса. К 30% радиуса синтез почти полностью прекратился. Остальная часть Солнца нагревается за счет энергии, которая передается от ядра через последовательные слои, в конечном итоге достигает солнечной фотосферы и уходит в космос в виде солнечного света или кинетической энергии частиц.
Солнце высвобождает энергию со скоростью преобразования массы в энергию 4,26 миллиона метрических тонн в секунду, что эквивалентно 384,6 септиллиона ватт (3,846×10 26 Вт).
Для сравнения, это эквивалентно примерно 9,192×10 10 мегатонн тротила в секунду, или 1 820 000 000 Царь-бомба — самой мощной термоядерной бомбы из когда-либо созданных!
Радиационная зона:
Это зона непосредственно рядом с ядром, простирающаяся примерно на 0,7 солнечного радиуса. В этом слое нет тепловой конвекции, но солнечный материал в этом слое достаточно горячий и плотный, так что тепловое излучение — это все, что нужно для передачи сильного тепла, выделяемого в ядре, наружу. По сути, это связано с испусканием фотонов ионами водорода и гелия, которые проходят небольшое расстояние, прежде чем поглощаются другими ионами.
Температура в этом слое падает примерно с 7 миллионов кельвинов ближе к ядру до 2 миллионов на границе с конвективной зоной. Плотность также падает в этом слое в сто раз от 0,25 солнечного радиуса до вершины радиационной зоны, от 20 г/см 3 ближе всего к ядру до 0,2 г/см 3 на верхней границе.
Конвективная зона:
Это внешний слой Солнца, на долю которого приходится все, что находится за пределами 70% внутреннего солнечного радиуса (или от поверхности до примерно 200 000 км ниже). Здесь температура ниже, чем в радиационной зоне, и более тяжелые атомы не полностью ионизированы. В результате лучистый перенос тепла менее эффективен, а плотность плазмы достаточно мала, чтобы могли развиваться конвективные потоки.
Из-за этого поднимающиеся тепловые ячейки переносят большую часть тепла наружу, в фотосферу Солнца. Как только эти клетки поднимаются чуть ниже поверхности фотосферы, их материал охлаждается, что приводит к увеличению их плотности. Это вынуждает их снова опускаться к основанию конвективной зоны, где они набирают больше тепла, и конвективный цикл продолжается.
На поверхности Солнца температура падает примерно до 5700 К. Турбулентная конвекция этого слоя Солнца также является причиной эффекта, создающего магнитные северный и южный полюса по всей поверхности Солнца.
Иллюстрация строения Солнца и красного гиганта с указанием их конвективных зон. 1 кредит
Также в этом слое встречаются солнечные пятна, которые выглядят как темные пятна по сравнению с окружающей областью. Эти пятна соответствуют концентрациям в поле магнитного потока, которые препятствуют конвекции и вызывают понижение температуры областей на поверхности по сравнению с окружающим материалом.
Фотосфера:
Наконец, есть фотосфера, видимая поверхность Солнца. Именно здесь солнечный свет и тепло, излучаемые и переносимые на поверхность, распространяются в космос. Температура в слое колеблется от 4500 до 6000 К (4230–5730 ° C; 7646–10346 ° F). Поскольку верхняя часть фотосферы холоднее, чем нижняя, изображение Солнца кажется более ярким в центре, чем на краю или краю солнечного диска, в результате явления, известного как затемнение края.
Толщина фотосферы составляет от десятков до сотен километров, а также это область Солнца, где она становится непрозрачной для видимого света.
Причина этого заключается в уменьшении количества отрицательно заряженных ионов водорода (H–), которые легко поглощают видимый свет. И наоборот, видимый свет, который мы видим, возникает, когда электроны реагируют с атомами водорода с образованием ионов H–.
Фотосфера Солнца, где видимый солнечный свет и тепло посылаются в космос. Авторы и права: НАСА/SDO/AIA
Энергия, излучаемая фотосферой, затем распространяется в космосе и достигает атмосферы Земли и других планет Солнечной системы. Здесь, на Земле, верхний слой атмосферы (озоновый слой) фильтрует большую часть солнечного ультрафиолетового (УФ) излучения, но часть пропускает на поверхность. Полученная энергия затем поглощается земным воздухом и земной корой, нагревая нашу планету и обеспечивая организмы источником энергии.
Солнце находится в центре биологических и химических процессов на Земле. Без него завершился бы жизненный цикл растений и животных, нарушились бы циркадные ритмы всех земных существ; и со временем вся жизнь на Земле перестанет существовать.
Важность солнца была признана с доисторических времен, и многие культуры рассматривали его как божество (чаще всего как главное божество в своих пантеонах).
Но только в последние несколько столетий стали понятны процессы, приводящие в движение солнце. Благодаря непрекращающимся исследованиям физиков, астрономов и биологов мы теперь можем понять, как Солнце производит энергию и как оно передает ее нашей Солнечной системе. Изучение известной Вселенной с ее разнообразием звездных систем и экзопланет также помогло нам провести сравнения с другими типами звезд.
Узнать больше
Как запустить мертвую звезду?
Предоставлено
Universe Today
Цитата :
Как солнце производит энергию? (2015, 14 декабря)
получено 23 октября 2022 г.
с https://phys.org/news/2015-12-sun-energy.html
Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.
Сила Солнца
Солнце — ближайшая к Земле звезда. Даже на расстоянии 150 миллионов километров (93 миллиона миль) его гравитационное притяжение удерживает планету на орбите. Он излучает свет и тепло, или солнечную энергию, что делает возможным существование жизни на Земле.
Растениям для роста нужен солнечный свет. Животные, в том числе и люди, нуждаются в растениях для еды и кислорода, который они производят. Без солнечного тепла Земля замерзла бы. Не было бы ветров, океанских течений или облаков для транспортировки воды.
Солнечная энергия существует столько же, сколько и солнце — около 5 миллиардов лет.
Хотя люди не жили так долго, они использовали солнечную энергию различными способами в течение тысяч лет.
Солнечная энергия необходима для сельского хозяйства — возделывания земли, выращивания сельскохозяйственных культур и разведения скота. Возникшее около 10 000 лет назад сельское хозяйство сыграло ключевую роль в подъеме цивилизации. Солнечные приемы, такие как севооборот, повышают урожайность. Сушка продуктов с помощью солнца и ветра предотвратила порчу урожая. Этот излишек пищи позволил создать более плотное население и структурированные общества.
Ранние цивилизации по всему миру располагали здания лицом на юг, чтобы собирать тепло и свет. По той же причине они использовали окна и световые люки, а также для обеспечения циркуляции воздуха. Это элементы солнечной архитектуры. Другие аспекты включают использование избирательного затенения и выбор строительных материалов с теплоемкостью, что означает, что они сохраняют тепло, таких как камень и бетон. Сегодня компьютерные программы делают приложения проще и точнее.
Теплица — еще одна ранняя солнечная разработка. Преобразуя солнечный свет в тепло, теплицы позволяют выращивать растения вне сезона и в климате, который может им не подходить. Одна из первых теплиц датируется 30 г. н.э., еще до того, как было изобретено стекло. Построенный из полупрозрачных листов слюды, тонкого минерала, он был построен для римского императора Тиберия, который хотел иметь возможность есть огурцы круглый год. Общая техника сегодня такая же, хотя было внесено много улучшений для увеличения разнообразия и количества выращиваемых культур.
После того, как еда собрана, для ее приготовления можно использовать солнечную энергию. Первая солнечная плита была построена в 1767 году швейцарским физиком Горацием де Соссюром. Он достиг температуры 87,8 градусов по Цельсию (190 градусов по Фаренгейту) и использовался для приготовления фруктов. Сегодня существует множество различных типов солнечных плит, которые используются для приготовления пищи, сушки и пастеризации, что замедляет рост микробов в продуктах питания.
Поскольку они не используют ископаемое топливо, они безопасны, не загрязняют окружающую среду и не вызывают обезлесения.
Солнечные плиты используются во многих частях мира во все большем количестве. По оценкам, только в Индии установлено полмиллиона таких устройств. В Индии есть две крупнейшие в мире системы приготовления пищи на солнечных батареях, которые ежедневно могут готовить пищу для 25 000 человек. По словам премьер-министра Индии Манмохана Сингха, «поскольку исчерпаемые источники энергии в стране ограничены, необходимо срочно сосредоточить внимание на развитии возобновляемых источников энергии и использовании энергоэффективных технологий».
В Никарагуа модифицированная солнечная плита используется для стерилизации медицинского оборудования в клиниках.
Солнечная тепловая энергия может использоваться для нагрева воды. Впервые представленный в конце 1800-х годов, солнечный водонагреватель был большим шагом вперед по сравнению с печами, работающими на дровах или угле, потому что он был чище и дешевле в эксплуатации.
Они были очень популярны для американских домов в солнечных местах, включая Аризону, Флориду и Калифорнию. Однако в начале 1900-х годов стали доступны дешевая нефть и природный газ, и начали заменять солнечные водные системы. Сегодня они не только снова популярны; они становятся нормой в некоторых странах, включая Китай, Грецию и Японию. Они даже должны использоваться в любом новом строительстве в Австралии, Израиле и Испании.
Помимо нагревания воды, солнечная энергия может быть использована для того, чтобы сделать ее пригодной для питья. Одним из методов является солнечная дезинфекция (SODIS). Разработанный в 1980-х годах метод SODIS включает в себя наполнение пластиковых бутылок из-под газировки водой, а затем подвергание их воздействию солнечного света в течение нескольких часов. Этот процесс уменьшает количество вирусов, бактерий и простейших в воде. Более 2 миллионов человек в 28 развивающихся странах ежедневно используют этот метод для получения питьевой воды.
Солнечная энергия — преобразование солнечного света в электричество — еще одно применение солнечной технологии.
Это можно сделать несколькими способами. Двумя наиболее распространенными являются фотоэлектрические (солнечные элементы) и концентрирующая солнечная энергия.
Солнечные батареи напрямую преобразуют солнечный свет в электричество. Количество энергии, вырабатываемой каждой ячейкой, очень мало. Следовательно, большое количество ячеек должно быть сгруппировано вместе, как панели, установленные на крыше дома, чтобы генерировать достаточно энергии.
Первая солнечная батарея была построена в 1880-х годах. Самое раннее крупное применение было на американском спутнике Vanguard I, запущенном в 1958 году. Радиопередатчик, работающий на солнечных батареях, проработал около семи лет; один с использованием обычных батарей продержался всего 20 дней. С тех пор солнечные батареи стали признанным источником энергии для спутников, в том числе используемых в телекоммуникационной отрасли.
На Земле солнечные батареи используются для всего: от калькуляторов и часов до домов, коммерческих зданий и даже стадионов.
Всемирный стадион Гаосюн на Тайване, построенный в 2009 году для проведения Всемирных игр, имеет на крыше более 8800 солнечных батарей. Чарльз Лин, директор Тайваньского бюро общественных работ, сказал: «Солнечные батареи стадиона сделают его самодостаточным в электричестве». Когда стадион не используется, он может питать 80 процентов близлежащих районов.
В отличие от солнечных батарей, которые используют солнечный свет для выработки электроэнергии, технология концентрации солнечной энергии использует солнечное тепло. Линзы или зеркала фокусируют солнечный свет в небольшой пучок, который можно использовать для работы котла. Это производит пар для запуска турбин для выработки электроэнергии. Этот метод будет использоваться на электростанции Солана, которая строится коммунальной компанией APS за пределами Феникса, штат Аризона, США. После завершения строительства в 2012 году Солана станет одной из крупнейших солнечных электростанций в мире. После выхода на полную мощность он будет обслуживать 70 000 домов.
«Это важная веха для Аризоны в наших усилиях по увеличению количества возобновляемой энергии, доступной в Соединенных Штатах», — сказала бывший губернатор Аризоны Джанет Наполитано.
Есть некоторые проблемы с солнечной энергией. Во-первых, оно прерывистое или не непрерывное. Когда нет солнца — например, ночью — энергия не может быть выработана. Чтобы обеспечить непрерывную подачу энергии, необходимо использовать либо аккумулирование, либо другие источники энергии, такие как энергия ветра. Во-вторых, хотя и фотогальваническая, и концентрирующая солнечная энергия могут использоваться практически где угодно, необходимое для них оборудование занимает много места. Установка, за исключением существующих сооружений, может оказать негативное влияние на экосистему, вытеснив растения и живую природу. Наконец, стоимость сбора, преобразования и хранения солнечной энергии очень высока. Однако по мере технического прогресса и роста спроса затраты снижаются.
Ископаемые виды топлива, такие как уголь, нефть и природный газ, в настоящее время производят большую часть нашей электроэнергии и мощности двигателей.
Они также производят почти все наши загрязнения. Кроме того, они невозобновляемы, то есть их количество ограничено.
Солнце, с другой стороны, предлагает бесплатную и чистую энергию в изобилии. На самом деле, это дает гораздо больше энергии, чем мы когда-либо можем использовать. Вопрос только в том, как и когда мы воспользуемся этим в полной мере.
Краткий факт
Электрифицированная нация
Занимая третье место в мире по численности населения, Соединенные Штаты потребляют больше электроэнергии, чем любая другая страна, даже весь Европейский Союз из 27 стран.
Fast Fact
African Energy
16 000 квадратных километров (9 942 квадратных миль) солнечных электростанций в Северной Африке могли бы производить достаточно электроэнергии для всей Европы.
Краткий факт
Солнечная энергия
За 15 минут солнце излучает столько энергии, сколько люди используют во всех формах за целый год.