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太阳为我们工作
自古以来，人们就把太阳看作是光明和温暖的源泉，用最美好的语言、最深情的歌声赞美她，歌唱她。太阳给了地球以生机，给了人类以生命，也给了人类维持生命的各种能源。可以说，没有太阳便没有今天世界的一切。
太阳是一个熊熊燃烧着的巨大的气体球，其表面温度接近6000℃，而内部温度高达2千万℃。她一刻不停地向宇宙空间发送着大量的能量。据科学家们计算，太阳每秒钟照射到地球上的能量相当于500万吨煤燃烧时放出的全部热量。由于地球距太阳很远，再加上地球表面大气层的反射和吸收，真正落到地球上的能量仅是太阳辐射总能量的22亿分之一。也就是说，太阳每秒钟发出的能量约为1.1亿亿吨煤当量。而且，太阳已经燃烧了40多亿年以上，科学家们预计，她还能燃烧几十亿年，这是一个多么巨大的能源宝库啊！
那么，为什么太阳能够几十亿年经久不衰地燃烧，向周围发出巨大的光和热呢？科学家们经过对太阳光谱的分析，知道了太阳上主要元素是氢，约占71%，其次是氦，约占27%，还有2%的其它元素。太阳内部每时每刻都在进行着猛烈的核聚变反应，像威力无穷的氢弹一样，4个氢原子核在高温作用下聚合成一个氦原子核，同时释放出大量的光和热。这种热核聚变反应要比煤的燃烧放出的能量高100万倍。太阳内部有足够的氢，太阳的体积又特别巨大，是地球体积的130万倍，所以才有着我们人类取之不尽、用之不竭的丰富能量。
太阳能既是“一次能源”，又是“可再生能源”。实际上，煤炭、石油这些矿物燃料，从根本上说是远古以来贮存下的太阳能。风能、海洋能、生物能等也都直接或间接地来自太阳。而且，太阳能是一种不会污染环境的“清洁能源”，既不需要运输，又安全方便，成本低廉，是理想的自然能源。
回顾历史，人类对太阳能的利用早就有了可喜的先例。我国早在2000多年前的战国时期，就懂得用金属做成的凹面镜向太阳聚焦取火。古希腊著名物理学家阿基米德，也曾用镜子聚光，烧毁敌人战船。1837年，美国天文学家赫胥在去非洲好望角的探险途中，用一个双层玻璃套着的黑箱靠吸收阳光烧饭，箱内温度竟达100多度，开创了使用太阳炉的先河。然而，人们对太阳能的深刻认识和开发利用，只是最近二三十年才真正开始。由于采集太阳能存在着许多技术问题，不像钻取石油、采煤那样立见成效，因此太阳能技术一直发展不快。近些年来，由于世界面临能源紧缺、需求量大的难以解决的矛盾，加之环境污染的日益严重，人们才把目光更多地转向了太阳能的开发和利用。
1954年，美国制造出了世界第一块硅太阳能电池，开创了现代人类利用太阳能的新纪元。
1980年，欧洲9国合作在意大利西西里岛建成了世界首座并网运行的塔式太阳能发电站，并于1981年正式投入运行。
70年代末和80年代初，以色列人在死海附近的沙漠中，率先建起了令世界瞩目的新颖的太阳池电站，用平静如练的水池发电，提供了开发利用太阳能的新途径。
随着科学技术的不断发展，现在，太阳能的利用已经扩展到人们生活的各个领域：从不用燃料的太阳能飞机到人造卫星、宇宙飞船上的太阳能电池；从太阳能自行车、太阳能汽车、太阳能游艇到舒适清洁的“太阳房”、“太阳村”、“日光城”；从各种轻便的太阳能热水器、聚光灶到不产生污染的太阳能电站、太阳能海水蒸馏器……人们正在建造着一个琳琅满目的太阳能世界。
当前，已有70多个国家在研究太阳能的集聚、使用和储存问题。一些国家建立了庞大的开发、利用太阳能的机构。跨世纪的太空电站将使“太阳神”阿波罗乘坐由4匹骏马拉着的战车奔驰在太空的古希腊神话成为现实。可以满怀信心地说，未来的时代，将是太阳能大显身手的时代。
向阳门户早迎春
我国人民早就懂得利用太阳能，除了知道太阳对农作物生长有极大作用外，在日常生活的许多方面，也在尽力利用太阳能。
我国的民居，早就有座北朝南的取向，这就是因为朝南，可以更多地得到太阳光的照射。“向阳门户早迎春”，这句古话，说的就是这个道理。
最直接利用太阳能的途径是更多地索取它的热量。人们从生活的实践中体会到，穿黑色的衣服比穿白色的衣服保暖，于是出现了最简单的太阳能蓄热体。
这种蓄热体就是一个带玻璃盖的双层大木箱。木箱内表面涂成黑色，以便吸收更多的太阳热。再在木箱隔层中铺上绝热材料。将这种木箱放在太阳光下，可在箱内产生一二百摄氏度的高温。可用来热水、加热各种物品。如在里面通上水管，就可以得到源源不断的热水，用来洗浴或加温温室，还可以用来作干燥室和消毒器的高温源。
随着塑料工业的发展，出现了透光塑料薄膜。这种塑料薄膜透明度好，可以吸收更多的太阳光；同时，它又具有隔热保温性能，可以储存太阳热。现在我国农村已经广泛应用塑料薄膜来制作温室，或塑料大棚。在这种小空间内，可以形成四季如春的小气候，使蔬菜在严冬生长、水果提前结实。在我国北方地区，由于有了温室，人们可以四季吃到新鲜蔬菜和水果。
在沙漠大海等缺乏淡水的地区，可以利用太阳能蓄热器作蒸馏室。把含有矿物盐类的水或海水蒸发，再变成淡水供人们使用。有的大型太阳能蒸馏器每天可以生产80吨淡水，为那里解决饮水问题。
用太阳能来作空调器也很有意思。这种空调器包括有平板式集热器和管道。当天冷时，可以用热水加温；当天热时，可以使水蒸发，吸收热量而降温。利用太阳能吸收式制冷机，还可以制冰哩。一台采光面积1.44平方米的制冷机，在一天时间里，天晴时可用24摄氏度的水生产18千克冰。想不到吧，冷冷的冰竟可用热热的太阳光来制造。
叙拉古城的奇迹
公元前三世纪，罗马人发动了一次侵略希腊的战争。有一次，一艘名叫“马采尔”号的战船，载着罗马士兵，驶过地中海，向着希腊的叙拉古城开来。
形势十分危急，当时的叙拉古毫无设防，没有足以回击战船的武器。怎么办？有幸的是，著名的科学家阿基米德正好住在这里，他急中生智，想出了一个摧毁敌船的办法。那一天，天气晴朗，太阳当空照耀。阿基米德动员全城的妇女，每人拿着一面镜子，大家都齐心合力，用镜子把太阳光都反射集中到“马采尔”号战船上。这艘战船是用木头造的，张有布帆。在聚集的太阳光照射下，船身和帆布起火了，大火把船烧毁了，把罗马士兵烧死了，叙拉古城得救了。
叙拉古城发生的奇迹是怎样得到的？是利用了太阳能。从这个故事中我们可以看到，人类自古就知道用镜子来反射太阳光。
叙拉古人用镜子反射太阳光烧敌船不过，用镜子聚集太阳光的最好办法，还是凹面镜。这一点，我国古代劳动人民早就懂得。在汉代学者王充写的《论衡》一书中，就有“铸阳燧取火于日”的记载。阳燧是当时一种利用太阳光取火的工具，它实际就是一种凹面镜。
凹面镜是一种带曲面的凹形镜，太阳照在它上面，可以反射到一个焦点上。现代的凹面镜，一般呈抛物线型，它可以将80%以上的阳光聚集在焦点上，使那里得到很高的温度。
用凸透镜也可以聚集太阳光。18世纪时，法国化学家拉瓦锡做过一个试验。他用玻璃做了一个直径为1.32米的凸透镜。当阳光照射到这个镜上时，会通过透镜，会聚到一点。在这个焦点上，也会得到极高的温度。若把熔点达1540摄氏度的铁和熔点达1750摄氏度的铂放到焦点上，都会熔化成了液体，可见温度之高。
现在，利用凹面镜来制成太阳能集热器已经很普及了。比如有一种聚光式太阳灶就像一把伞，不过它是倒撑着向着太阳。一个直径1.5米左右的太阳伞，可以在焦点上得到四五百摄氏度的高温，足以烧水、做饭，在野外使用极为方便。为了有效地反射太阳光，一般都用涂铝的涤纶薄膜来制作反射面。为了使太阳运动时，伞面也随着运动，阳光永不偏离，又出现了一种自动追光式太阳灶。
现在我们再回过来继续说古罗马时代阿基米德用镜子烧敌船的故事。有的历史学家认为，古希腊既没有玻璃透镜，又没有镀水银的镜子，即使有反光镜，也不可能把远在地中海里的战船点着。所以，他们认为这个故事是虚构出来的。
不过，法国科学家布丰却认为，即使故事是虚构的，但阿基米德采用的方法却是符合科学原理。为此，他决定重复阿基米德的做法。1747年，布丰在巴黎自家的花园里，摆出了360面边长为15厘米的正方形镜子。镜子摆成一个抛物线形状，让太阳光反射到70米远的一堆木柴上。在一个烈日当头的日子里，布丰在注视着他的试验结果。阳光果真集中到木柴上，明亮的光点把木柴照着刺眼地亮。时间一分钟、一分钟地过去了……不一会儿，木柴开始冒烟，接着出现了火苗，最后真点着了。
布丰的试验证明，阿基米德的方法是对的。
熠熠生辉的太阳房
1988年，日本建造出一幢奇怪的楼房，这是由日本太阳能专家茂利设计的六层楼房，它没有一个窗户，但楼内却是阳光明媚。茂利认为，过去利用阳光的效率太低。他想到，向日葵每天从早到晚都面向阳光。于是，他在大楼屋顶上安装了19个向日葵式的向日镜，由计算机控制，一直面向太阳；并在每个房间里装上由37根光导纤维组成的光缆，通过光缆把楼顶上收集的阳光传送到房间里，亮度相当于100瓦的灯。
人们需要太阳不仅是采光，而且还可取暖。
早在1882年，美国莫尔斯教授就发明了一种太阳能暖房，能照到太阳一侧的墙壁是用黑石板砌成，外面再罩上玻璃。太阳光被黑石板吸收，使石板与玻璃之间空气变热，空气又与房间相通，就使房屋变暖了，这是被动式取暖。
印度拉达克地区有二百多个农村，用一种太阳能取暖墙供温室能量。太阳能墙是把阳面涂成黑色，以便吸收太阳能量，墙前有双层玻璃窗，玻璃窗与墙之间有空隙。由黑色墙面吸收太阳能形成暖流，进入玻璃与墙之间的热空气收集器，也就是太阳能储能器。热空气由墙上端通气孔进入房内，再由墙下端的通风孔补充冷空气。这样的太阳能墙成本两年就可回收回来。
主动式暖房是利用集热器、储热装置、管道、风机、水泵等组成，吸收太阳热能，使房屋变暖。
1949年，美国麻省理工学院的特克博士建成了“多佛太阳房”，是完全由太阳能取暖的房子。
到90年代，德国又建成新型太阳房。这是“不消耗能源的住房”。房子的阳面全都用玻璃建成，阴面安上尽可能小的窗户，以减少热量散失。房顶上安装太阳能收集器，可以把供暖的热水烧热。庞大的长期存储器能把夏天太阳产生的热量保持到冬天。房顶安装的光电存储器，可把多余的电流输入电网。在冬季的几个月里，住户就可以利用外部电网的电。它的能源是自给自足的。
这所太阳房能自动调节室内温度。室内所需的热量，主要是由照在阳面玻璃上的阳光产生的。阳面的玻璃前装有遮蔽设备，由自动装置控制（也可用手动调节），这一装置，用来调节阳面获得的热量。在天气很热时，多余的热量，可通过一个自动开启的窗户释放。室外在37℃，室内温度只有28℃，由温度交换器起空调器作用。
不消耗能源的住房已成为现实。
绝妙的太阳池发电
如果提起用水发电，人们自然会想到那奔腾的瀑布，湍急的河流，汹涌的海潮。著名的钱塘江水电站，正在兴建的规模宏大的三峡水利工程，就是人们利用水力资源的宏伟实践。
可是，谁能想到，那水波不兴一平如镜的水池也能用来发电！这看来不可思议的事，在20世纪70年代变成了现实。不过，它不是利用水力，而是利用太阳能，被称为盐水湖太阳能发电，又称太阳池发电。
通过湖水来利用太阳能发电，可以说是一个绝妙的构思，这个设想是受到一种自然现象的启发而产生的。1902年，科学家们在考察一些盐水湖时发现，盐水湖有一个奇特的共性：越接近湖底，水温越高，在炎热的夏季，水温有时竟高达70℃！一般的湖泊，水面受到阳光的照射，水温会升高，并引起水的对流，热水上升，冷水下降，同时热水和冷水之间也在进行热传导。所以，湖水总是在这种对流和传导中进行着热交换，水层间温度不会相差太多。而且，温度较高的水从底部升到水面时，通过蒸发和反射将散失一部分热量，夏天湖水温度总不会达到气温以上。那么，盐水湖湖底的高温是怎么产生的呢？
原来，盐水湖的奇特现象根源在于“盐”字。由于水中含有盐分，水的密度就会增大，含盐越多，密度越大。盐水湖越靠近湖底的水，含盐分的浓度越高，密度也就越大，比重也就越大，因而湖底的热水难以上升，热量便在湖底积蓄起来。湖水不断地接受太阳辐射的热量，又难以形成对流，因而湖底的热能越来越多，温度也就越来越高。
盐水湖的这种现象给了科学家们一个启发：盐水湖就是一个天然的太阳能存储器，能不能用热交换设备把它变成电能，而且，能不能人为地制造一些盐水湖，用以发电呢？
本世纪50年代，以色列科学家就提出了建造太阳池电站的设想，经过20年的探索和试验，终于在1979年把设想变成了现实。当这年年底，死海西南岸附近的一个面积为7000平方米的水池周围，突然亮起一片耀眼的灯光时，人类利用太阳能的史书上，又多了一个新颖的名称——太阳池电站。
太阳池电站的技术关键就是如何把池中的热能转换成电能。专家们采用一种叫“兰克茵循环”的涡轮机，用水泵把湖底的热盐水抽入管道蒸发器，用热盐水的热能使蒸发器中低沸点的有机液体蒸发为气体，去驱动涡轮机，带动发电机发电。从涡轮机出来的有机液体，经过冷凝器冷却为液体，被送回蒸发器；而通过蒸发器降温后的热水，又被送回盐水湖的底部，从而形成了循环系统。
以色列首先在死海建成太阳池电站，有着她得天独厚的条件。死海海水含盐浓度27.5%。几乎是一般海水含盐浓度的8倍！它在炎热的夏天充分吸收阳光热能后，湖底的水温有时可达90℃以上，这是其它国家的水域望尘莫及的。后来，以色列又在死海北岸附近的沙漠中建造了一座大型太阳池电站。这座电站有两个太阳池，其中一个是人工挖成的。为了防止渗漏，在池底铺了聚乙烯薄膜，水面上安装了用塑料制成的防浪网。这座电站运转情况良好，发电能力达2500千瓦，使以色列人对太阳池发电技术充满了信心，继而设计了更加宏伟的计划。
以色列人设想，如果挖一条水渠，把比死海水位高400米，含盐浓度只有3.5%的地中海海水引入死海，就可以把死海变成一个巨大的太阳池，那么这个天然太阳池的发电能力可高达150万千瓦，他们根据这个设想制定了“地中海——死海发电计划”。可以想像，如果这个计划得以实现，那将是一个多么辉煌的创举。
为了开发利用太阳能，许多科学家潜心研究，寻觅探索着各种途径，太阳池自然引起了世界的重视。美国已修建了10个太阳池，用以进行研究试验，并用于取暖和供应热水。日本也以太阳池为水产养殖和温室栽培提供热能。澳大利亚建成了3000平方米的太阳池，为周围地区供电、供暖。太阳池，作为人类开发利用太阳能的新途径，必将会在不远的将来，展现出它更加多姿多彩的风貌。
飞速发展的太阳能电池技术
在电池这个家族中，有着人们熟悉的干电池、蓄电池、汞锌电池、镍电池等众多的成员。值得注意的是，近年来，这个“家族”又增添了一位后来居上的年轻伙伴——太阳能电池。
太阳能电池又称充电池或光伏电池，它是以半导体为材料，应用光——电转换原理制成的。半导体是一种介于导体和绝缘体之间的特殊物质，两种不同类型的半导体结合在一起，结合面就形成一个“结”，太阳能电池的奥妙就在这个“结”上。
和任何物质的原子一样，半导体的原子也是由带正电的原子核和带负电的电子组成。如半导体硅原子的外层就有4个电子，按固定轨道围绕原子核转动。当受到外来能量的作用时，这些电子就会脱离轨道而成为自由电子，并在原来的位置上留下一个“空穴”，在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体中掺入能够俘获电子的硼、镓等元素，它就成了空穴型半导体，通常用符号P表示；如果掺入能够释放电子的磷、砷等元素，它就成了电子型半导体，以符号N代表。若把这两种半导体结合，交界面便形成一个P——N结。P——N结就像一堵墙，阻碍着电子和空穴的移动。当受到阳光照射时，电子接受光能驱向N型区，使N型区带负电，同时空穴驱于P型区，使P型区带正电。这样，在P——N结两旁便产生了电动势，也就是通常所说的电压。科学家把这种现象叫作“光生伏打现象”。如果用导线连接P——N结两端，便会产生电流。
1953年，美国贝尔电话公司就是应用这个原理，制成了世界上第一个硅太阳能电池。尽管当时这种电池的光电转换效率很低，单个太阳能电池不能直接作为电源使用，需要多个太阳能电池一起作用才能获得需要的电能。但光电池的出现，好比一道曙光，使人们的眼睛为之一亮，尤其是航天领域的科学家，对它更是注目。
卫星和宇宙飞船上的电子仪器和设备，需要足够的持续不断的电能，而且要求重量轻，寿命长，使用方便，能承受各种冲击、振动的影响。太阳能电池能完全满足这些要求，是航天事业的理想能源，而令其他所有电池相形见绌。
1958年，美国的“先锋一号”人造卫星就是用了太阳能电池作为电源，成为世界上第一个用太阳能供电的卫星。太阳能电池一下子使卫星电源可以安全工作达20年之久，从而取代了只能连续工作几天的化学电池。现在，各式各样的卫星和空间飞行器上都装上了布满太阳能电池的“铁翅膀”，使它们能够在太空中长久邀游。我国1958年开始进行太阳能电池的研制工作，并于1971年将研制的太阳能电池用在了发射的第二颗卫星上，随后，又向高效能的砷化镓太阳能电池迈进。1991年，我国砷化镓太阳能电池试验成功，并在“风云一号”气象卫星上正常使用，使我国成为继美、日、俄后的第四个拥有砷化镓太阳能电池太空试验数据的国家。
太阳能电池不仅是太空骄子，也被人们生产、生活的许多领域视为至宝。
从1974年，世界上第一架太阳能电池飞机在美国首次试飞成功以来，无污染，噪音小，节能耐用的太阳能飞机便飞速地发展起来，从飞行几分钟，航程几公里到飞越英吉利海峡，航程2000多公里，只用了六七年时间。现在，最先进的太阳能飞机，飞行高度可达2万多米，航程超过4000公里。
在建造太阳能电池发电站上，许多国家也取得了较大进展。1985年，美国阿尔康公司研制的太阳能电池发电站，用108个太阳板，256个光电池模块，年发电能力300万度。德国1990年建造的小型太阳能电站，光电转换率可达30%多，适于为家庭和团体供电。1992年美国加州公用局又开始研制一种“革命性的太阳能发电装置”，预计可供加州1/3的用电量。用太阳能电池发电确实是一种诱人的方式，据专家测算，如果能把撒哈拉沙漠太阳辐射能的1%收集起来，足够全世界的所有能源消耗。
生活中，太阳能电池电话已在一些国家得到了应用。约旦的一些公路两旁，常见到“顶着”太阳能电池板的电线杆，司机随时可以使用这种太阳能电池电话。芬兰制成了一种用太阳能电池供电的彩色电视机，太阳能电池板就装在住家的房顶上，还配有蓄电池，保证电视机的连续供电，既节省了电能又安全可靠。日本则侧重把太阳能电池应用于汽车的自动换气装置、空调设备等民用工业。我国的一些电视差转台也已用太阳能电池为电源，投资省，使用方便，很受欢迎。
当前，太阳能电池的开发应用已逐步走向商业化、产业化；小功率小面积的太阳能电池在一些国家已大批量生产，并得到广泛应用；光电转换技术日益成熟，转换率逐步提高；可以预见，太阳能电池——这个电池家族的后起之秀，很有可能作为替代化石燃料的重要能源，在人们的生产、生活中占有越来越重要的位置。
跨世纪的太空电站
1968年，美国科学家彼得·格拉泽博士提出一个大胆而天才的设想，既然人造卫星能利用太阳光照射获取电能，那么是否可以利用卫星建立起太空电站，而向地面输送电能呢？
这个设想无疑具有相当大的诱惑力。因为，在宇宙空间利用太阳能，要比在地球表面利用太阳能条件优越得多。首先，由于地球的自转，地球表面总有背朝太阳的一面，一天中将近一半时间无法充分利用太阳能，而宇宙空间基本没有白天黑夜之分，即使有阴影，也是很短一段时间。其次，太阳光穿过大气层到达地球表面时，辐射强度已经大大减弱，到达地面的阳光，又有相当一部分被反射回去。据专家推测，在宇宙空间接收的太阳能要比在地球上至少多4倍以上。在太空建电站，不用考虑位置问题，不像在地球上会受到纬度、地理环境、云层等的影响，这也是太空电站的优势之一。况且，太空电站无需蓄能设备，可以源源不断地向地球输送电能，如果在太空中建起足够数量的太阳能电站，地球将会成为一个让煤和石油走进燃料博物馆的无烟世界，这是多么诱人的前景啊！
当然，设想要变成现实，需要经过艰苦的努力。但设想并不等于幻想，人类已经把太阳能电池送上了太空，已经掌握了一定的空间技术，建造太空电站并非天方夜谭。
目前，已经有几个国家提出了设计方案。方案之一就是在地球同步轨道上建立大型卫星发电站。在这个轨道上，卫星绕地球飞行一圈的时间正好与地球自转一周的时间相同，所以可以用它把收集到的太阳能转换成电能，再通过微波发生器24小时不停地传给地面接收站。
由于现在太阳能电池的光电转换效率不高，一般不超过20%，所以建立大型太空电站的材料数量是相当可观的。据计算，建一座发电能力8000万千瓦的空间电站，要装配几百亿个电池片，64平方公里面积的太阳能电池板，2平方公里的输送天线，整个电站的重量数以万吨！把这样一个庞然大物发射上去并建造起来真是谈何容易！专家们的方案是采取化整为零的办法，用航天飞机往返于地球和太空，把零部件一个个运送到3万多公里高的卫星轨道进行组装，这绝对是一个史无前例的巨大工程！
太阳能电池的效率虽然目前还不太高，但它的问世毕竟给人们带来了希望。本世纪70年代，美国发射的空间实验室，就已带有近15万个小型太阳能电池，可发电11.5千瓦。近年来，科学家们不断地研究提高太阳能电池光电转换率的办法，预计到21世纪初，太阳能电池的光电转换率可普遍提高到30%以上，重量可以减少为原来的1/3。跨世纪的太空电站已经成为一些国家开发宇宙的蓝图。
美国计划在下一个世纪初，建造60个太阳能发电卫星，每颗卫星发电能力为500万千瓦，并准备在本世纪末开始建造世界上首座太空太阳能发电站。
日本在1990年试制成了世界上第一个微波送电装置，并着手设计发射动力装置，准备先在太空安装一个发电能力为500万千瓦，面积为10平方公里左右的太阳能电池板，用微波送电装置将电能输回地面接收站。如果试验成功，计划在50年内建立起宇宙太阳能电站。
美国还把目光投向了月球，准备在月球上就地取材，制造电站设备，建立起规模宏大的月球太阳能发电站。
随着“哥伦比亚”号航天飞机进入太空，人类的航天时代已经到来。航天技术的飞速发展，给人类铺设了一座通向宇宙的“金桥”。可以相信，实现彼得·格拉泽天才设想的日子不会太遥远了。
绚丽多姿的太阳能热电站
人的创造力是无限的，当人们开始意识到能源危机给人类造成的威胁时，开发利用新能源的科技之花，便在人们辛勤的培植、耕耘中发芽、生长，展现出了一片片迷人的色彩。
1980年末，在意大利美丽的西西里岛，一座高50米的大型建筑格外引人注目。远远望去，只见银光闪闪，2万多平方米的面积上，构成一片光的海洋。
这是世界首座并网运行的塔式太阳能热电站，是法国、原联邦德国和意大利等欧洲9国联合建造的。它用了70个面积为50平方米的聚光镜和112个面积为23平方米的聚光镜组成了一个庞大的“镜阵”。每个聚光镜由两台电动机带动，可绕垂直轴旋转，并通过计算机控制，使镜面跟踪太阳转动。聚光镜呈抛物面状，利用抛物面的聚光原理，把照射到镜面上的阳光聚集成光束，射到50米高的塔顶。塔顶上安装着专用锅炉，锅炉靠聚光镜反射的光束使炉内的水蒸汽温度可高达500℃，再用这种高温蒸汽驱动汽轮发电机组发电。太阳能热电站就是这样把分散的太阳辐射汇集成集中的热能，通过热交换器和发电机，把热能转换成机械能，再变成电能。
太阳能热电站的动力来源不是煤或燃油，而是太阳辐射能。它没有污染，不用运输，燃料是太阳慷慨赐予的“无本之财”。那个庞大的“镜阵”，被人们称之为镀银的聚宝盆。这座电站额定功率为1000千瓦，而且有着独具匠心的储能装置，白天、晚上、阴天、雨夜，发电机都能日夜不停地运行，保证源源不断地连续发电。
西西里岛上的聚宝盆，引起了世界各国的关注，也引发了一场太阳能热电站的激烈竞赛。
1982年，美国在加利福尼亚州兴建了一座大型塔式太阳能热电站。这座电站的聚宝盆采用了1818个聚光镜，占地面积7万多平方米，塔高80米，发电能力10000千瓦，规模和功率都远远超过了西西里热电站。1989年，前苏联建成了当时规模最大的30万千瓦太阳能发电站。1991年，美国麦迪森公司宣布他们将在莫哈韦沙漠地带，建造一座世界上设备最先进的100万千瓦的太阳能发电站……
70年代，世界第一次大的石油危机后，日本就拟定了“阳光计划”，着手大规模开发太阳能，70年代末，日本还只是进行千瓦级的实验型太阳能发电机组的兴建，80年代初，就已开始进入万千瓦级的太阳能热电站的试验。1990年，日本雄心勃勃地向国际社会推出了SEPO计划，把着眼点放到了解决全球能源而不是一国能源的高度上。
日本认为，只有大面积采集和利用太阳能，才能解决全球的能源危机，而大面积采集太阳能的最佳地点，是沙漠地区和海洋水面。于是，SEPO计划把位于赤道附近以瑙鲁为中心的太平洋洋面作为理想水域，准备在这片阳光充足、潮流稳定的水域上建起巨型浮体太阳能热电站群。这个巨大的建筑群的结构由两大部分组成，一部分是浮体平台，一部分是以电站为主体设施的上层建筑，由国际社会共同集资，通力合作，建成后通过海底电缆、卫星传送、蓄电水运等方式，向加入网络的太平洋沿岸国家送电。目前，这个庞大的计划已进入实验阶段，如果这一计划得以实现，人类在太阳能的开发利用上将树立起一座新的里程碑。
我国在太阳能利用上也取得了可喜的进展，而且蕴含着巨大的潜力。我国960万平方公里的领土上，每年可以获得1亿亿千瓦时的太阳能，相当于完全燃烧1.2万亿吨煤的能量。30多年来，我国的太阳能开发利用技术日臻成熟。从太阳灶、太阳能热水器、太阳能干燥器到太阳能电站、人造卫星太阳能电池，正在逐步赶上先进国家太阳能利用的技术水平。1991年，我国在西藏建成了世界瞩目的10万千瓦级的太阳能热电站。随着现代化建设的进展，我国还将在太阳能利用上迈出新的步伐。
太阳能热电站的不足之处在于占地面积大，发电能力受天气变化和日照强度的影响，因此，人们又有了一个更加宏伟的设想——把太阳能热电站搬到宇宙空间去。或许到下一个世纪，太空电站将不再是梦想。
方兴未艾的事业
太阳能是人类最基本的能源。
壮丽的太阳已经存在几十亿甚至上百亿年，估计今后还将继续“生存”这么久。太阳能的使用期限，几乎跟太阳存在的时间一样长。这就告诉我们，太阳能可以被看成是一种取之不尽、用之不竭的能源。
资源丰富是太阳能的又一个特点。有人估计，到2000年，全世界一次能源的消费量大约相当于每年14万亿升石油，假定太阳能发电系统的转换效率是10%，那么太阳能电池的铺设面积只要达到65万平方公里，就能够满足全世界对能源的需求。这个65万平方公里的面积相当于什么呢？它仅仅是地球沙漠总面积的4%。
太阳能不仅数量巨大，万世不竭，而且免费供应，比任何能源都干净，难怪在当前能源资源日趋短缺、全球环境严重恶化的情况下，太阳能的开发利用受到了世界上许多国家的重视。一些能源政策分析家相信，太阳能至少可以提供全世界1/3的用电量。
开发利用太阳能的现状也很令人鼓舞。手表、立体声音响装置、打字机、通话器等都已利用太阳能；太阳能电视机、通风机、路灯、泵等也将投入实际应用。白天储存太阳能、晚上利用太阳能的庭园走道照明灯，1988年的销售量超过100万件；带有太阳能电池的计算器，目前的营业额已达10亿美元。各种各样的太阳能器具更是琳琅满目，不断推出新产品。
用户对太阳能装置的需求量正以每年15%~20%的速率增长，偏僻地区需求量的增长幅度更大，达40%~50%。十多年前绝大多数人还没有听说过太阳能电池这个词儿，可它现在已拥有迅速发展的真正市场，1992年的产量达到57.9万千瓦，是15年前的26倍。太阳能工业正在越过它不成熟的阶段向前发展，前途光明，崛起近在眼前。
1978年5月3日，美国举行了一次以开发利用太阳能为主旨的“太阳日活动”，有2000万人参加。过了一年，当时的美国总统卡特宣布，到2000年，美国要把太阳能在能源构成中的比重提高到20%。现在，这项保证已经成为过去，由于石油价格的下降和政府支持政策的改变，卡特盲目乐观的开发利用太阳能的计划没有成为现实。
但是现在情况正在起变化。美国的太阳能研究不断取得进展，成本的降低和技术上的突破使更多的用户开始用得起太阳能，再加上太阳能在保护环境方面的巨大好处，使主张利用太阳能的人大受鼓舞。在不久前进行的一次全国性调查中，过半数的美国人认为今后10年使用最多的能源是太阳能和核能。1989年，太阳能发电量在美国的总发电量中只占千分之一左右，而根据最近的进展，到下个世纪初，这个比重有可能提高到1%，目前美国的发电能力是6亿千瓦左右，1%就是600万千瓦，大约可以满足300多万人用电的需要。
缺乏能源资源的日本，一向十分重视太阳能的开发利用。它制定了著名的“阳光计划”，投入不少的人力物力研究开发太阳能技术，在太阳能材料、太阳能发电等方面都取得了很多突破性成就，现在已经是世界上生产和销售太阳能装置最多的国家。专家们认为，对于国土资源短缺的日本来说，最经济实惠的办法是在住宅屋顶上铺设太阳能电池，建造这类样板房的“阳光计划”正在实施之中。据说，到2000年，日本将能通过太阳能发电解决本国能源需求的10%。
澳大利亚是世界上利用太阳能发展偏远地区通信事业的先驱。它现在已将20万千瓦的太阳能电力用到电话通信中，今后将有更多的太阳能电力被用来发展光纤通信和数字通信。太阳能电力已经成为澳大利亚电信业的可靠组成部分之一。
不少发展中国家也很重视太阳能的开发利用。印度正在大力开发太阳能，并且建成了自己的太阳能热电站；巴基斯坦希望在今后几年内，使两万个村庄实现太阳能化；利比亚有30%的居民用太阳灶做饭；非洲和拉丁美洲有许多国家用上了太阳能排灌机械；沙特阿拉伯正在建设世界上最大的太阳能工程……
在太阳能的开发利用上，我国起步比较晚，但进展比较快。北京、上海首先成立了太阳能研究所，在太阳能开发研究上有不少发明创造。到1984年，我国已有从事太阳能开发研究的单位160多个，专业科技人员3000多人，生产太阳能设备的工厂百余家。许多太阳能的开发利用项目已经由研究试验逐步走向推广应用，并且取得了良好的节能和经济效果。
太阳能热利用是当前太阳能利用的主要方面，我国许多地方已用上太阳能热水器、太阳灶、太阳房、太阳能干燥器、太阳能制冷机、太阳能蒸馏器、太阳炉等等，是目前使用太阳灶和太阳能热水器最多的国家。
我国从50年代开始研究太阳能电池，首先研制成功的是硅电池，并于1971年3月第一次用到我国发射的第二颗人造卫星上，在太空中运行了8年3个月。以后太阳能电池逐步推广应用到航标灯、铁路信号灯、割胶灯、黑光灯、电围栏、气象通信、电视差转台、旅游船、钟表、台灯、蒙古包照明等许多方面。我国自行设计安装的功率为10千瓦的太阳能实验电站，已分别在甘肃榆中县、西藏草吉县和北京大兴县建成。5个生产太阳能电池的合资企业，年生产能力可达5000千瓦。
有关专家估计，1年里投射到我国陆地上的太阳能大约是1亿亿千瓦小时，相当于1.2万亿吨标准煤。同如此丰富的太阳能资源相比，我国目前已经开发利用的那一点点太阳能，实在是太少太少了。
当然，不光中国，全世界的情况也是如此。无限丰富的太阳能资源同它作为生产能源对人类所作的贡献相比，前者是那样的大，后者是那样的小，实在不成比例。有的人这样说，太阳能的利用，现在还处于上世纪末石油所处的状况。在本世纪，石油用了65年的时间，终于取代煤炭成为能源舞台上的“第一号角色”。可是，在今后的60年或70年内，太阳能的开发利用，无论在技术上还是在经济上，是否也能取得像石油在本世纪所取得的那样显赫的成就吗？
但愿如此。
一些科学家和工程师们已经看到了这个远景，他们甚至提出了一些相当现实的设想。比如，有一些专家建议，到2000年，可以在占全球沙漠总面积4%的土地上，配置大面积的太阳能电池板，然后把所获得的电能通过超导电缆传输到阳光少的地区，这样就能满足全世界很大一部分电能的需要。
看到这里，你也许会忍不住想，现在应该好好学习，打好基础，努力掌握现代科学技术，将来更好地为发展我国的太阳能事业，为解决困扰人类社会的能源问题作出贡献。
太阳每秒钟能发出多少能量
本世纪初，人们已开始着手测量地面上单位面积上能接收到多少太阳热量了。这项测量工作并不那么简单，为了得到准确的平均数值，经过70多年的观测，积累了大量资料，终于得到了以下的数据；平均来说，地面上（假设在大气外）垂直阳光方向每平方厘米面积上每分钟接收到的热量是8.23焦耳，即可使1.97克水温度增加1度的热量。看来，这个数字似乎并不惊人。但这是在地面上测得的数据，它不能直接代表太阳发出的热量。道理很简单，你站在火炉边，觉得暖烘烘的，如果走出20米远，就几乎感觉不到火炉的温度了。更何况太阳远在15000万千米之外，而且它的能量又是射向四面八方的，只有1/22亿射到地球上。不过根据地球上测得的数值，我们可以算出太阳每秒释放出的总能量是3.8×1026焦耳。这个数字可就惊人了，假设我们地球整个表面冻有100千米厚的冰层，太阳的全部能量集中射向地球，那么大约40秒就可以使冰层全部溶化，只需7分就能把它们全部化为蒸汽。
太阳的能量从哪里来
太阳每秒发出这么巨大的能量，几十亿年来，它源源不断地把能量输送到四面八方，却丝毫不见发光能力有任何减弱。是什么东西“燃烧”并不断地供给这么多的能量呢？历史上，科学家们曾提出过多种看法。最初设想的是像地球上的普通物质燃烧那样产生热。就假设燃烧的是优质煤吧，1克优质煤完全燃烧只能放出29.26千焦的热，如果太阳全部由优质煤构成，那么只要经过5000多年整个太阳就烧完了。而我们人类存在的历史已经有200万年了。显然煤不是太阳的能源。后来人们又提出一些其他假说，也没能完满解决问题。那么，太阳的能量究竟怎样产生的呢？很长时间以来，这都是一个谜。直到20世纪30年代这个问题才得到解答。1938年美国物理学家贝特提出太阳的能源是原子核聚变反应，即由4个氢原子核聚变成1个氦原子核，从而释放出的巨大能量。氢弹就是这种核反应。可以说，1克氢聚变成氦能放出6.5×1011焦耳的能量，相当于产生6.48×1011焦耳的热，这等于200吨优质煤燃烧所产生的热量。可见，核反应产生的巨大能量是其他产能方式所不能比拟的。核反应需要高温压条件，太阳中心具有约1500万度的高温，压力比地球大气压大4000亿倍，是一个天然的核反应实验室。太阳能源也给我们以启迪。如果在地面上能人工大规模进行这样的受控核反应，可以获得多么巨大的能量啊！原子核工作者正在为此不断努力创造实验条件。
中微子失踪案
科学家对研究课题的探讨总是没有止境的。虽然核反应理论已经得到了科学界的公认，提出太阳能源学说的贝特也获得了诺贝尔奖金，可是要揭开太阳的奥秘还有许多问题要搞清楚，比如太阳是由些什么元素组成的？它上面的物理状态（温度、压力等）怎么样？……这些问题对于地面上的物体来说，是很简单的，到实验室里测量、化验一下就解决了。而我们要了解的是在15000万千米之外的太阳！用什么办法寻求答案呢？
太阳的真面貌将更深入更全面地层现在人们面前，它将被更多更好地用来造福于人类。
19世纪末，物理学家发现铀和镭等元素能够自动衰变。在衰变过程中，放射出3种射线，其中有1种射线，叫做p射线。它是一种带负电的高速飞行的电子流。
起初，人们认为在原子核的衰变过程中，原子核发射出一个电子，并且转变成另一种原子核。但是，当人们对衰变前后的原子核进行精密测量并且对能量加以对比之后，发现发射出的电子所携带的能量少于原子核释放出来的能量。就是说，原子核在衰变过程中有一小部分的能量丢失了。
为了寻找遗失的这部分能量，人们进行了实验和研究。到1931年，奥地利物理学家泡利提出一个大胆的设想。他，认为在晾变过程中，原子核除了发射出一个电子以外，可能还发射出一种我们很难察觉到的，还不认识的粒子。他根据衰变理论，认为这种未知的粒子具有奇妙的性质，就是它不带电，显中性，质量微小，不跟周围物质发生作用，它不愿意“显露”自己，所以人们无法观测到它们。
泡利的设想提出后不久，意大利物理学家费米把这种未知的粒子命名为“中微子”，意思是中性的小家伙。
这个假说提出以后，许多科学家就设法寻找这种粒子。寻找中微子是很不容易的，科学家们花了将近20年的时间，想了许多办法，在50年代总算找到了中微子。
在地球上找到了中微子，使天文学家联想到了太阳。人们认为太阳上时刻发生着由氢聚变为氦的核反应，那么一定会发射大量的中微子。
我们知道，现阶段太阳内部主要的核反应是4个氢原子核聚变合成1个氦原子核。经过一次聚变反应之后，质量损失了。损失的质量转化为能量，于是发出巨大的光和热。科学家认为，中微子就是这种反应中必然会产生的一个副产品。天文学家根据理论，可以算出太阳内部每秒钟产生2000亿亿亿亿亿个中微子。这是一个多么巨大的数字啊！
这么大量的太阳中微子穿透太阳大气和太阳到地球之间的空间，来到地球上，铺天盖地地洒向人间。据估计，来到每指甲盖大小的地面上的中微子有几百亿个。
为了寻找来到人间的太阳中微子，科学家想了许多办法。直到1968年，美国科学家戴维斯等人在美国南达科达州的一个深1500米的金矿里做了一次实验，才找到太阳中微子。戴维斯等人在金矿里放了一个很大的钢箱，里面装了38万公升的四氯化二碳溶液，用四氯化二碳来诱捕中微子。当太阳中微子穿过钢箱的时候，就会使一个原子量为37的氯原子在一个中微子的打击下变成一个同样原子量的氩原子，并且放出一个电子。氩是一种不稳定的放射性元素，它会不断地衰变。用计数器可以测出核反应以后产生了多少氩原子，这样可以反算出中微子的数量。
捕获中微子的办法总算找到了，可是实验的结果却使科学家大吃一惊，引起了一场争论。实际找到的中微子数量远远少于估计能抓到的数量。本来预计用这个方法每天能捕获一个中微子，实际上5天也捉不到1个。在反复研究测量技术之后，科学家断定确实有大量的中微子失踪了。
大量的中微子哪儿去了呢？经过反复检查，有些科学家认为，中微子失踪既然不是因为计量的方法和仪器的误差造成的，那么可能是现有的一些理论有漏洞，应当对一些理论加以检查。
科学家对现有的一些理论的来龙去脉进行了详细检查，发现这些理论确实值得怀疑。
有人认为目前人们对太阳的结构和物质状态的认识，并不是无懈可击。目前人们对太阳内部的一些认识，主要是利用外部太阳大气的一些数据，用理论方法计算出来的。如果修正—下人们原有的认识，修改一下标准太阳模型；如果假定太阳内部的重元素比我们原来想象的少一些，太阳内部有一个数值达10万万高斯的强磁场，太阳内部的自转比外部快得多，那么算出来的太阳内部的温度要比原来计算的偏低一些，这样计算出来的太阳中微子的理论值就大大减少，跟观测值相近。甚至有人认为原先的太阳产生能量的理论完全不对，太阳内部进行着另一种方式的核反应，那种新的核反应所产生的中微子并不多。
还有一些人认为中微子失踪的原因是太阳能量的产生时而剧烈，时而平静。中微子从太阳到地球只要几分钟，它告诉我们的是几分钟前太阳内部的情况；而太阳辐射能量是经过几千万年从太阳内部传到表面的，所以太阳辐射告诉我们的是几千万年前太阳内部的情况。他们认为目前太阳能量的产生正处在平静阶段，太阳中微子并不多。可是我们关于中微子数量的计算，是根据几千万年前从太阳内部出来到达太阳外部的情况来计算的，而几千万年前正当太阳能量的产生处于剧烈时期。这样算出来的中微子数量当然跟目前产生的数量大不一样了。
另一些人却怀疑人们对中微子的一些现有的认识。他们认为，中微子并不是人们所想象的不跟其他物质打交道。它从太阳中心出来，穿过太阳大气，经过日地空间的时候，可能发生了衰变，变成其他粒子，因而我们找不到它。
上面3种看法对天文学家和原子物理学家都是一个挑。战。要么让天文学家去思考，怎样修改标准的太阳理论模型；要么让原子物理学家去思考，检查一下核反应理论有没有差错。现在人们还不能轻易地下结论；不能肯定谁是谁非。因而太阳中微子失踪一案，在科学上还是个谜。
科学上矛盾的发现往往是科学发展的起点。科学上的难点促使人们去思考，去探索，应当说是一件大好事。太阳中微子之谜一旦被人们揭开，人们就会抛弃一些陈旧的观点，引导出崭新的理论。
太阳不过是一颗平凡的恒星，天上千千万万颗恒星都是中微子发射源。一些超新星以及演化到晚期的恒星也都是强大的中微子发射源。而中微子是人们研究天体结构、能量平衡、演化途径的必不可少的助手，因而解开太阳中微子之谜具有十分广泛的意义。虽然要解开太阳中微子失踪之谜还需要一段时间，需要付出辛勤的劳动，但是人们仍然十分重视它。目前，已经形成天文学的一个新分支——中微子天文学。我们相信，中微子天文学今后将获得丰富的成果。
太阳能的源泉
光辉灿烂的太阳，一刻不停地发射着极大的能量。太阳辐射的总额是3.8×1026焦耳/秒，或1.21×1034焦耳/年。太阳的寿命长达几十亿年，在它的“一生”中要贡献出何等浩大的能量啊！1克优质煤完全烧掉，只能放出8.36千焦的热。如果整个太阳是一大团煤球，它按目前的功率发射能量，那么不到1500年，太阳就烧得精光了。太阳的能量是如何产生的？这是太阳物理学的一个重大问题。
太阳能源探索经历了一个漫长的途程。曾经提出过流星学说，即大量流星坠落到太阳上，由摩擦生热而燃烧。但是计算表明，这样得到的能量太少了。这个说法很早已被扬弃。后来又有人提出收缩学说，即太阳不断在缩小，位能减少，热能增加。假定太阳本来至少有现在太阳系那样大，那么由收缩而释放能量，顶多只能维持5千万年。这比起由地质和古生物探索得出的地球年龄还小100倍。此外，用天然放射性来说明太阳能源，也以失败而告终。
一直到相对论问世后，这一难题才得到比较可靠的解决。根据相对理论，通过原子核反应，质量可能转化为能量。按照爱因斯坦的公式：能量E=mc2，m表示质量，c表示光速。由此公式不难算出，一克质量可以变成9×1013焦耳的能量，这相当于1万吨煤全部燃烧所放出的热量。既然太阳是一个拥有2×1033克质量的庞然大物，它可以算是取之难尽，用之不竭的能源了。
在什么场合下，质量才能变成为能量呢？要说明这个问题，让我们作一点历史回顾。早在1895年，法国物理学家贝克勒耳发现了铀（U）的放射性。铀矿石发出的辐射可以穿透纸张和金属片，并使照相底片感光。后来居里夫妇经过繁重的实验和辛勤的探索，发现了钋（Po）、镭（na）等放射性元素。它们在不断蜕变的过程中发射出能量和粒子流。例如镭放出。射线（即氦原子核）、射线（即电子）和射线（与X射线相似，是波长更短的辐射）。这些蜕变都是自然而然地进行的，人们既不能阻止它，也无法促进它。但到了20世纪上半期，物理学工作者实验室里用加速器等工具实现人工的核反应。通过核反应，可以使一种物质转变成另一种物质，并获得大量的能量。在一定意义上说，中世纪炼金术土梦寐以求的“点石成金”终于实现了。人类开始掌握原子核能，并建立了一整套核反应的理论。
在30年代末期，科学家才明确认识到有两种核反应可以解释太阳的能源。一种是所谓的“碳—氮循环”。它包括6个步骤，周而复始地循环进行。经过一整套六步反应，碳和氮的总量都不变，真正受到损耗的只是氢。好在太阳上氢原子多极了，足够长期维持这种核反应。还有一种是“质子—质子循环”。
仔细考虑一下可以看出，这两套循环的总效果都是使四个氢原子核合成为一个氦原子核。
而碳、氮、重氢等原子核只起触媒的作用。请注意，在这个核反应中质量是有损耗的。一个氢核的质量（原子单位）是1.008，而氦核是4.004，因此每次反应的质量损耗是m=4×1.008—4.004=0.028。由此可知，每克氢原子转化为氦时释放出能量E=0.007×（3×1010）2=6.3×1011焦耳。于是不难算出太阳辐射的“成本账”：为了维持每秒4×1026焦耳的辐射，太阳每1秒要耗费6.2X1旷吨的氢核“燃料”！需要说明，我们讲的是有这样多的氢核聚变成为氦核，实际损耗的质量只是其中的一小部分，即6.2×108吨×0.007=4.3×106吨。
即便如此，每秒430万吨的代价确也不小了。但是太阳的家底极为雄厚，总质量达2×1033克，并且绝大部分是氢。因此太阳上只要有2%的氢转变为氦，就可释放2.5×1043焦耳的巨额能量。这已经足以使太阳按现在的产能率维持2亿年了。下面要谈到，太阳的寿命是几十亿年。因此我们有根据说，核反应可以充分供应太阳的能源。
对太阳来说，上述两种核反应中哪一种起主要作用呢？在这个问题上，天文学家反复动摇了好几次。有时认为碳—氮循环是主要的，过些年又说质子—质子循环更要紧。总的说来，它们都在发挥作用。不过由于前一种核反应所需要的温度比后一种高，并且受温度变化的影响要大得多，一般认为太阳的能量主要是质子—质子循环供给的。顺便谈到，比太阳更亮、也就是更热的恒星基本上由碳—氮循环获得能量，而比太阳温度低的恒星，却是靠质子—质子反应“过日了”。因此就能源来说，太阳在恒星世界中也是比较适中的代表。
高温高压的世界
太阳的能量由核反应产生。在什么情况下才会出现核反应呢？地球大气也有大量的氢，但它们绝不会聚变成氦。只有在上千万度的高温状态，氢原子才会完全电离并获得足够的能量来克服核子间的排斥力，实现核反应。另外，物质要高度密集，才能使核反应持续进行下去。那么，这些条件在太阳内部是否具备呢？
我们观测太阳只能看到它的大气，而整个太阳内部对我们的眼睛和仪器来说都是看不见、摸不着，可说是讳莫如深的“禁区”。除掉近年来太阳的中微子这个行踪诡密的“特殊使节”可能传递一点直接信息外，我们对太阳内部只能用理论计算加以研究。半个世纪来，经过天文学家的努力钻研，已经创立比较完整的恒星内部结构理论。
太阳是一大团气体，它的结构主要由两种力量决定。一个是太阳的重力，即日心引力，它使太阳物质收缩。同时，气体有膨胀和逃逸的倾向。这两种相反的力大致处于平衡状态，结果使太阳成为一个基本稳定的气体球。让我们先考虑太阳的表面层——光球。那里的温度和密度早已从直接的观测定出了。如果对表面层下面的一点选择一个温度，然后计算在什么密度下这一点的气体物质才能处于平衡态，既不被上面的气层压塌，也不因膨胀而冲到外面去。接着对第三点也取某个温度，按同样方法定出它的密度。如此逐点内推，直抵太阳核心。当然，我们所选的一系列温度是否正确，还须加以鉴定。为此，我们要求由各层密度的计算结果推出的太阳总质量，应与观测结果吻合。另外，太阳的平均密度也是—个判据。实际计算甚为复杂，因为还须考虑化学成份、不透明度、能量传输方式等很多因素。经过大量计算，已经建立太阳的结构模型。不同的研究者得到的结果有些差异。大致说来，太阳核心的温度是1500万~2000万度，物质密度为100~130克/厘米3。至于太阳内部温度和密度随深度的分布，温度和密度都随与太阳中心距离的增加而迅速下降，所以核反应发生的区域很小。这个区域的半径R≤0.15R，这里R①是太阳的半径。我们可以把这一区域叫做太阳的心脏。
将近2000万度的极高温度和超过地面大气压力3000多亿倍的巨额重载！这些都远远超出我们日常生活的经验。在这种骇人听闻的高温高压的世界里，那里的物质是处于所谓高温等离子体状态。本来在低温情况下，原子核把电子牢牢吸住，使它们循一定轨道绕原子核旋转。但是在高温状态，电子具有极高的动能，它们挣脱了原子核羁绊，取得了“独立”地位，成为飞快奔驰的自由电子。不仅只有一个电子的氢，甚至有几十个电子的金属原子，也都纷纷电离了。在正常情况下，原子的直径约为10—8厘米，但在高度电离的状态，丧失了全部或大部分电子的原子核就显得更微小了，直径不超过10—12厘米。原来是稠密的气体，现在变得稀疏了。不仅对太阳核心（密度约为102克/厘米3），甚至对白矮星（密度高达106克/厘米3），原子核还处于可以自由运动的状态。那么，究竟要达到多大的密度，原子核才能摩肩接踵，联成一片呢？答案是一个惊人的数字：1014/厘米3！要是我们一旦遇到这种物质，那怕只有针尖那样大一点，用巨型起重机也很难搬动它呢！
热能的旅程
我们已经知道，太阳的能量是在核心由热核反应产生的。那么能量怎样由太阳核心传到表面？物理学告诉我们，能量传播的方式有3种：传导、对流和辐射。举例来说，铁棒一端烧红，另一端触之灼手，这是热传导的结果；开水沸腾，热升冷降，这是对流；冬日围炉，向火觉暖，这是辐射的结果。由于气体的导热率甚低，并且太阳内部基本稳定，物质流动并不会很剧烈，因此可以肯定，太阳的能量主要靠辐射的方式来传播。但是还需要指出，对流过程也有一定的作用。谈到对流，前面举出沸水升降作为例子。为什么这时有对流呢？因为水壶下面有炉火，与上面有一定的温度差。一般说来，温度梯度愈大，对流运动就愈旺盛。由太阳核心向外，温度急剧下降，温度梯度很大（每千米约差几十度）。经过理论分析，可以肯定在太阳核心附近有一个对流区。这个区域相当大，大约包含物质的10%。在对流区内，由热核反应产生的氦原子核不断外流，而作为核反应原料的氢核源源输入。这好像一支燃烧着的蜡烛，附近也有空气对流。作为燃烧产品的二氧化碳在烛火上空排出，而燃烛所需的氧气在蜡烛下面不断流进。因此太阳核心区的对流运动起着吐故纳新的作用，使热核反应能够持续进行。