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我国太阳能资源状况 在我国,西藏西部太阳能资源最丰富 ,最高达2333 KWh/㎡ (日辐射量6.4KWh/㎡ ),居世界第二位,仅次于撒哈拉大沙漠 。 根据各地接受太阳总辐射量的多少,可将全国划分为五类地区。 一类地区 为我国太阳能资源最丰富的地区 ,年太阳辐射总量6680~8400 MJ/㎡,相当于日辐射量5.1~6.4KWh/㎡。这些地区包括宁夏北部 、甘肃北部、新疆东部、青海西部和西藏西部等地 。尤以西藏西部最为丰富,最高达2333 KWh/㎡(日辐射量6.4KWh/㎡) ,居世界第二位,仅次于撒哈拉大沙漠。 二类地区 为我国太阳能资源较丰富地区,年太阳辐射总量为5850-6680 MJ/m2 ,相当于日辐射量4.5~5.1KWh/㎡。这些地区包括河北西北部 、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部 、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。 三类地区 为我国太阳能资源中等类型地区,年太阳辐射总量为5000-5850 MJ/m2,相当于日辐射量3.8~4.5KWh/㎡ 。主要包括山东、河南 、河北东南部、山西南部、新疆北部 、吉林、辽宁、云南 、陕西北部、甘肃东南部、广东南部 、福建南部、苏北、皖北、台湾西南部等地。 四类地区 是我国太阳能资源较差地区 ,年太阳辐射总量4200~5000 MJ/㎡,相当于日辐射量3.2~3.8KWh/㎡。这些地区包括湖南 、湖北、广西、江西 、浙江、福建北部、广东北部 、陕西南部、江苏北部、安徽南部以及黑龙江 、台湾东北部等地 。 五类地区 主要包括四川、贵州两省,是我国太阳能资源最少的地区 ,年太阳辐射总量3350~4200 MJ/㎡,相当于日辐射量只有2.5~3.2KWh/㎡。 太阳能辐射数据可以从县级气象台站取得,也可以从国家气象局取得。从气象局取得的数据是水平面的辐射数据,包括:水平面总辐射 ,水平面直接辐射和水平面散射辐射 。 从全国来看,我国是太阳能资源相当丰富的国家,绝大多数地区年平均日辐射量在4 kWh/㎡以上 ,西藏最高达7 kWh/㎡。 四、太阳能的利用现状 1.太阳能光伏发电 世界光伏组件在过去10几年中,平均年增长率约15%。90年代后期,发展更加迅速 ,最近几年来平均年增长率超过30% 。1999年光伏组件生产达到200兆瓦。在产业方面,各国一直通过扩大规模 、提高自动化程度、改进技术水平、开拓市场等措施降低成本,并取得了巨大进展。商品化电池效率从10%~13%提高到13%~15%;光伏组件的生产成本降到每瓦3美元以下 。在该方面 ,印度正处于领先地位,有50多家公司从事与光伏发电技术有关的制造业,年生产组件11兆瓦 ,累计装机容量约有40兆瓦。 在研究开发方面,单晶硅电池效率已达24.7%,多晶硅电池效率也突破了19.8%。碲化镉电池效率达到15.8%,铜铟硒电池效率约为18.8%。晶硅薄膜电池的研究工作自1987年以来发展迅速,成为了世界关注的新热点 。 同时 ,光伏系统和建筑结合将使太阳能光伏发电向替代能源过渡,成为世界能源结构组成的重要部分。 2.太阳能的热应用 就目前来说,人类直接利用太阳能还处于初级阶段 ,主要有太阳能集热、太阳能热水系统 、太阳能暖房、太阳能发电等方式。 1)太阳能集热器 太阳能热水器装置通常包括太阳能集热器、储水箱 、管道及抽水泵其他部件 。另外在冬天需要热交换器和膨胀槽以及发电装置以备电厂不能供电之需 。太阳能集热器(solar collector)在太阳能热系统中,接受太阳辐射并向传热工质传递热量的装置。按传热工质可分为液体集热器和空气集热器 。按采光方式可分为聚光型和聚光型集热器两种。另外还有一种真空集热器:一个好的太阳能集热器应该能用20~30年。自从大约1980年以来所制作的集热器更应维持40~50年且很少进行维修 。 2)太阳能热水系统 早期最广泛的太阳能应用即用于将水加热,现今全世界已有数百万太阳能热水装置。太阳能热水系统主要元件包括收集器、储存装置及循环管路三部分。此外 ,可能还有辅助的能源装置(如电热器等)以供应无日照时使用,另外尚可能有强制循环用的水,以控制水位或控制电动部份或温度的装置以及接到负载的管路等 。依循环方式太阳能热水系统可分两种: ○1 自然循环式: 此种型式的储存箱置于收集器上方。水在收集器中接受太阳辐射的加热 ,温度上升,造成收集器及储水箱中水温不同而产生密度差,因此引起浮力 ,此一热虹吸现象,促使水在除水箱及收集器中自然流动。由与密度差的关系,水流量于收集器的太阳能吸收量成正比。此种型式因不需循环水,维护甚为简单 ,故已被广泛采用 。 ○2 强制循环式: 热水系统用水使水在收集器与储水箱之间循环。当收集器顶端水温高于储水箱底部水温若干度时,控制装置将启动水,使水流动。水入口处设有止回阀以防止夜间水由收集器逆流 ,引起热损失 。由此种型式的热水系统的流量可得知(因来自水的流量可知),容易预测性能,亦可推算于若干时间内的加热水量。如在同样设计条件下 ,其较自然循环方式具有可以获得较高水温的长处,但因其必须利用水,故有水电力、维护(如漏水等)以及控制装置时动时停 ,容易损坏水等问题存在。因此,除大型热水系统或需要较高水温的情形,才选择强制循环式 ,一般大多用自然循环式热水器 。 3)暖房 利用太阳能作房间冬天暖房之用,在许多寒冷地区已使用多年。因寒带地区冬季气温甚低,室内必须有暖气设备,若欲节省大量化石能源的消耗 ,设法应用太阳辐射热。大多数太阳能暖房使用热水系统,亦有使用热空气系统 。太阳能暖房系统是由太阳能收集器 、热储存装置、辅助能源系统,及室内暖房风扇系统所组成 ,其过程乃太阳辐射热传导,经收集器内的工作流体将热能储存,在供热至房间。至辅助热源则可装置在储热装置内、直接装设在房间内或装设于储存装置及房间之间等不同设计。当然亦可不用储热装置而直接将热能用到暖房的直接式暖房设计 ,或者将太阳能直接用于热电或光电方式发电,在加热房间,或透过冷暖房的热装置方式供作暖房使用 。最常用的暖房系统为太阳能热水装置 ,其将热水通至储热装置之中(固体 、液体或相变化的储热系统),然后利用风扇将室内或室外空气驱动至此储热装置中吸热,在把此热空气传送至室内;或利用另一种液体流至储热装置中吸热 ,当热流体流至室内,在利用风扇吹送被加热空气至室内,而达到暖房效果。 3.太阳能光电应用 1)太阳能电池 上世纪60年代,科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术——通信卫星供电 ,上世纪末,在人类不断自我反省的过程中,对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切 ,不仅在空间应用,在众多领域中也大显身手。如:太阳能庭院灯、太阳能发电用户系统、村寨供电的独立系统 、光伏水泵(饮水或灌溉)、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源 、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等。欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向 。太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势。太阳能光伏玻璃幕墙组件的应用越来越多,随着上海和北京的几个项目进入实质性运转 ,这种方式将会代替普通玻璃幕墙,它具有反射光强度小 、保温性能好等特点! 太阳电池是对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种,如:单晶硅 ,多晶硅,非晶硅,砷化镓 ,硒铟铜等 。它们的发电原理基本相同。 当光线照射太阳电池表面时,一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子,使电子发生了越迁,成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差 ,当外部接通电路时,在该电压的作用下,将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是:光子能量转换成电能的过程 。 “硅”是我们这个星球上储藏最丰量的材料之一。自从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后 ,它几乎改变了一切,甚至人类的思维,20世纪末.我们的生活中处处可见“硅”的身影和作用 ,晶体硅太阳电池是近15年来形成产业化最快。生产过程大致可分为五个步骤:a、提纯过程 b、拉棒过程 c 、切片过程 d、制电池过程 e、封装过程 。 ※太阳能电池分类 Si太阳电池 硅太阳电池是最常用的卫星电源,从1970年起,由于空间技术的发展 ,各种飞行器对功率的需求越来越大,在加速发展其他类型电池的同时,世界上空间技术比较发达的美 、日、欧等国家和地区 ,都相继开展了高效硅太阳电池的研究。以日本SHARP公司、美国的SUNPOWER公司以及欧空局为代表,在空间太阳电池的研究发展方面领先。其中,以发展背表面场(BSF) 、背表面反射器(BSR)、双层减反射膜技术为第一代高效硅太阳电池,这种类型的电池典型效率最高可以做到15%左右 ,目前在轨的许多卫星应用的是这种类型的电池 。 日本的SHARP公司和美国的SUNPOWER公司目前的技术水平却为世界一流,有的技术甚至已经移植到了地面用太阳电池的大批量生产。 上世纪90年代中期,空间电源工程人员发现 ,虽然这种类型电池的初期效率比较高,但电池的末期效率比初期效率下降25%左右,限制了电池的进一步应用 ,空间电源的成本仍然不能很好地降低。 为了改变这种情况,以SHARP为首的研究机构提出了双边结电池结构,这种电池的出现有效地提高了电池的末期效率 ,并在HES、HES-1卫星上获得了实际应用。 另外研究人员还发现,卫星对电池阵位置的要求比较苛刻,如果太阳电池阵不对日定向或对日定向差等都会影响到卫星电源的功率 ,这在一定程度上也限制了卫星整体系统的配置 。比如空间站这样复杂的飞行器,有的电池几乎不能完全保证其充足的太阳角,因而就需要高效电池来满足要求。虽然目前已经部分应用了常规的高效电池,但电池的高的α吸收系数、有限的空间和重量的需要使其仍然不能满足空间系统大规模功率的需要。传统的电池结构仍然受到很大程度的限制 。在这种情况下 ,俄罗斯在研究高效硅电池初期就侧重于提高电池的末期效率为主,在结合电池研究方面提出了双面电池的构想并获得了成功,真正做到了高效长寿命和低成本。 GaAs太阳电池 随着空间科学和技术的发展 ,对空间电源提出了更高的要求。80年代初期,前苏联 、美国、英国、意大利等国开始研究GaAs基系太阳电池 。80年代中期,GaAs太阳电池已经用于空间系统 ,如1986年前苏联发射的“和平号 ”空间站,装备了10KW的GaAs太阳电池,单位面积比功率达到180W/㎡。8年后 ,电池阵输出功率总衰退不大于15%。 GaAs基系太阳电池经历了从LPE到MOVPE,从同质外延到异质外延,从单结到多结叠层结构发展变化 ,其效率不断提高 。从最初的16%增加到25%,工业生产规模年产达100KW以上,并在空间系统得到广泛的应用。更高的效率减小了阵列的大小和重量,增加了火箭的装载量 ,减少火箭燃料消耗,因此整个卫星电源系统的费用更低。 薄膜太阳电池 为适应空间应用需求,国际上纷纷制订各自的薄膜太阳电池计划(如NASA ,主要目标在于提高比功率和降低发射装载容量),提出解决措施: (1)研制超轻柔性衬底薄膜太阳电池; (2)研制多结薄膜太阳电池 。目前,国际发展趋势主要涉及非晶硅太阳电池 、铜铟(镓)硒(CuInGaSe2)太阳电池和碲化镉(CdTe)太阳电池。经过数年的努力 ,其效率达到15~20%(AM0)。 另一方面,为展开柔性薄膜太阳电池的研制(展开式、折叠式、套桶式 、卷廉式)的设计与应用提供可能。自90年代后期,国外已开展了以聚合物为衬底薄膜太阳电池的研制 ,并取得一定的进展 。薄膜太阳电池是获得高效率、长寿命、高可靠 、低成本的重要途径之一。主要包括:a-Si及其合金、CuInSe2 及其合金、以及CdTe三种材料的薄膜太阳电池。 聚光太阳电池 一般认为,现代聚光PV开始于上世纪70年代末悉尼国家实验室,采用了点聚焦菲涅尔透镜硅电池双轴跟踪结构 ,随后并研制了几个原型 。在上世纪80年代,很多研究机构进行了一系列成功的实验,在聚光技术方面取得了突破性进展,如菲涅尔透镜 、棱形玻璃盖片等。到上世纪90年代中期 ,线聚焦Fresenel透镜聚光阵技术已经成功地用于SCARLET太阳电池阵,电池为GaInP/GaAs/Ge三结电池,聚光阵的功率密度大于200 W/㎡ ,比功率大于45 W/kg。线聚焦Fresenel透镜聚光阵已经用于DEEPSPACE-1 。 由于三结GaAs太阳电池有很好的高温特性(为高电压低电流器件),通过聚光将显著提高电池电流输出,特别在实现高倍聚光后 ,可获得更高的功率输出。因此,以三结砷化镓太阳电池为主要部件的聚光太阳电池以其高效率(可达到40%以上)、高温性能好(工作温度每升高1度性能仅下降0.2%,可在200?C情况下正常工作 ,聚光倍数可达500倍以上)等特点被国际公认为最有发展前途和最具商用价值的新一代太阳能器件。 太阳能硒光电池 日本制成了世界上第一架太阳能照相机,重量仅有475克,机内装有先进的太阳能电池系统,其蓄电池可连续使用4年 。美国一家公司生产了一种新型的135太阳能照相机,它的光圈、速度均由微电脑自动控制,电力则由太阳能硒光电池提供,只要有光线就能供电使用。 太阳能卷曲充电器 SolarRolls,即使在山上也能随意的给你的数码充电。这个充电器最独特的地方就是它采用卷轴式的设计,全部展开就像一块布 ,还能卷起来放在一个管子里,经久耐用又防水 。根据使用环境的不同,SolarRolls一共有三种型号:SolarRoll 14,展开后长57英寸 ,宽12英寸,价格为479美元。SolarRoll 9,展开后有40英寸 ,价格为349美元。SolarRoll 4.5展开只有22英寸长,我们只用这个4.5的就足够给自己的手机或者数码相机充电。 ※空间太阳电池主要性能 第一个空间太阳电池载于1958年发射的Vangtuard I,体装式结构 ,单晶Si衬底,效率约10%(28℃) 。1970年后,人们改善了电池结构 ,采用BSF、光刻技术及更好减反射膜等技术,使电池的效率增加到14%。在70年代和80年代,地面太阳电池大约每5.5年全球产量翻番;而空间太阳电池在空间环境下的性能 ,如抗辐射性能等得到了较大改善。由于80年代太阳电池的理论得到迅速发展,极大地促进了地面和空间太阳电池性能的改善 。到了90年代,薄膜电池和Ⅲ-Ⅴ电池的研究发展很快,而且聚光阵结构也变得更经济 ,空间太阳电池市场竞争十分激烈。在继续研究更高性能的太阳电池,主要有两种途径:研究聚光电池和多带隙电池。 电池效率 空间太阳电池通常具有较高的效率,以便在空间发射的重量 、体积受限制的条件下 ,能获得特定的功率输出 。特别在一些特定的发射任务中,如微小卫星(重量在50~100公斤)上应用,要求单位面积或单位重量的比功率更高。 抗辐照性能 空间太阳电池在地球大气层外工作 ,必然会受到高能带电粒子的辐照,引起电池性能的衰减,主要原因是由于电子或质子辐射使少数载流子的扩散长度减小。其光电参数衰减的程度取决于太阳电池的材料和结构 。还有反向偏压、低温和热效应等因素也是电池性能衰减的重要原因 ,尤其对叠层太阳电池,由于热胀系数显著不同,电池性能衰减可能更严重。 可靠性 光伏电源的可靠性对整个发射任务的成功起关键作用 ,与地面应用相比,太阳电池/阵的费用高低并不重要,因为空间电源系统的平衡费用更高,可靠性是最重要的。空间太阳电池阵必须经过一系列机械、热学 、电学等苛刻的可靠性检验 。 2)太阳能路灯 太阳能路灯是一种利用太阳能作为能源的路灯 ,因其具有不受供**响,不用开沟埋线,不消耗常规电能 ,只要阳光充足就可以就地安装等特点,因此受到人们的广泛关注,又因其不污染环境 ,而被称为绿色环保产品。太阳能路灯即可用于城镇公园、道路、草坪的照明,又可用于人口分布密度较小,交通不便经济不发达 、缺乏常规燃料 ,难以用常规能源发电,但太阳能资源丰富的地区,以解决这些地区人们的家用照明问题。目前 ,一种风能与太阳能相结合的新型路灯在天津市南开区梅苑路试运行。白天路灯上安装的风能和太阳能收集装置将风能和太阳能转化成电能,储存到蓄电池里,夜间蓄电池给路灯供电 。 五、太阳能利用的优缺点 优点:? (1)普遍:太阳光普照大地,无论陆地或海洋 ,无论高山或岛屿,都处处皆有,可直接开发和利用 ,且勿须开采和运输。? (2)无害:开发利用太阳能不会污染环境,它是最清洁的能源之一,在环境污染越来越严重的今天 ,这一点是极其宝贵的。? (3)巨大:每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿t标煤,其总量属现今世界上可以开发的最大能源 。? (4)长久:根据目前太阳产生的核能速率估算,氢的贮量足够维持上百亿年 ,而地球的寿命也约为几十亿年,从这个意义上讲,可以说太阳的能量是用之不竭的。? 缺点:? (1)分散性:到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大 ,但是能流密度很低。平均说来,北回归线附近,夏季在天气较为晴朗的情况下,正午时太阳辐射的辐照度最大 ,在垂直于太阳光方向1平方米面积上接收到的太阳能平均有1000W左右;若按全年日夜平均,则只有200W左右 。而在冬季大致只有一半,阴天一般只有1/5左右 ,这样的能流密度是很低的。因此,在利用太阳能时,想要得到一定的转换功率 ,往往需要面积相当大的一套收集和转换设备,造价较高。? (2)不稳定性:由于受到昼夜、季节 、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云 、雨等随机因素的影响,所以 ,到达某一地面的太阳辐照度既是间断的,又是极不稳定的,这给太阳能的大规模应用增加了难度 。为了使太阳能成为连续、稳定的能源 ,从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源,就必须很好地解决蓄能问题,即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来,以供夜间或阴雨天使用 ,但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。? (3)效率低和成本高:目前太阳能利用的发展水平,有些方面在理论上是可行的,技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置 ,因为效率偏低,成本较高,总的来说 ,经济性还不能与常规能源相竞争 。在今后相当一段时期内,太阳能利用的进一步发展,主要受到经济性的制约。?
太阳多少度
自20世纪70年代初 ,美国科学家在东太平洋加拉帕戈斯海隆水深2?500?m处的热液?喷口发现众多的生物群落以来,使人们逐渐认识到,地球上存在着蓝色和黑色两种大洋 ,并?存着两种初级生产力及其食物链。蓝色大洋以浮游生物为初级生产力,靠吸收阳光获取能?量;而黑色大洋则以热液细菌为初级生产力,主要依靠微生物通过化学合成作用还原海底热?液系统中硫的氧化物获取能量。
这也就是为什么在大量的海底“烟囱”热液喷口系统周围?发现众多生物群落的原因 。深海底微生物主要分布在两大环境中:一是热液中本身就含有大量的嗜热细菌,它们随?着其他热液物质一起喷出海底,在热液喷口附着并沉积下来,火山岩中也含有大量细菌;二?是存在于海底沉积物和海底以下的地层中的微生物。
近十多年来,科学家们不断在深海底发现大量的微生物 ,甚至在一些深海髙温热泉或热?液喷溢口周围也存活着大量生物群落。为什么这些微体生物能在如此恶劣的环?境中依然自由自在地存活呢?开始发现时,海洋生物学家也觉得是个难以解释的谜 。
海洋科学家还发现,一般海洋沉积物中的乙酸盐还没有丰富到让大量微生物生存的程度。因而科学家对此又感到十分费解。他们经过多次模拟实验发现 ,当温度升高时,海底沉?积物中的有机物质就会加速分解形成更多的乙酸盐营养 。这样就可以比较合理地解释为什?么在海底热泉或热液喷溢口周围会有大量微生物繁衍生息。
后来科学家为了证实这一推断,就专门乘深潜器对深海底部靠近热泉和热液喷出口的地质沉积物采样进行分析 ,结果发现其乙酸盐含量大大高出其他成分,而且温度越高,这种物质的含量也越多。最近 ,英国和挪威的科学家联合研究发现,海洋生物死亡后会沉人海底,在海底逐渐堆积起来 ,形成富含有机质的沉积物 。这些有机物质会逐渐分解形成一叫做乙酸盐的营养物,?就是这种营养物质能为微生物提供它们所需要的碳、氧、硫等必要元素来维持生存之用。
意?大利科学家研究表明,死生物体的DNA为海底生存的微生物分别提供它们所需碳的4% 、?氮7%和磷47%。当微生物“吃掉”这些细胞外的DNA后,它们很快地“再生”磷 ,也就是说?它们将DNA中的磷转化成一种能被浮游植物和其他生存在海洋表面的光合作用生物体利?用的无机形式 。
表面温度 5780 开 中心温度 约1500万 开 日冕层温度 5 × 200开
轨道数据
自转周期 赤道处: 27天6小时36分钟 纬度30°: 28天4小时48分钟 纬度60°: 30天19小时12分钟 纬度75°: 31天19小时12分钟 绕银河系中心公转周期 2.25× 10^8年
其他数据
太阳寿命:约50亿年左右 太阳年龄:约 4.57×10^9 年 天文符号:☉ 太阳活动周期: 11.04 年 总辐射功率:3.86×10^26 瓦特(焦耳/秒) 太阳常数 f = 1.97 卡·厘米^2·分^-1 光谱型: G2V 太阳表面脱离速度 = 618 公里/秒 地球附近太阳风的速度: 450公里/秒 太阳运动速度 (方向α=18h07m,δ=+30°) = 19.7 公里/秒
编辑本段运行轨道
太阳位于银道面之北的猎户座旋臂上,距离银河系中心约30000光年 ,在银道面以北约26光年, 它一方面绕着银心以每秒250公里的速度旋转,周期大概是2.5亿年 ,另一方面又相对于周围恒星以每秒19.7公里的速度朝着织女星附近方向运动。太阳也在自转,其周期在日面赤道带约25天;两极区约为35天。
编辑本段结构
太阳结构图
在茫茫宇宙中,太阳只是一颗非常普通的恒星 ,在广袤浩瀚的繁星世界里,太阳的亮度、大小和物质密度都处于中等水平。只是因为它离地球较近,所以看上去是天空中最大最亮的天体 。其它恒星离我们都非常遥远 ,即使是最近的恒星,也比太阳远27万倍,看上去只是一个闪烁的光点。 组成太阳的物质大多是些普通的气体,其中氢约占71.3%、 氦约占27% , 其它元素占2%。太阳从中心向外可分为核反应区 、辐射区和对流区、太阳大气 。太阳的大气层,像地球的大气层一样,可按不同的高度和不同的性质分成各个圈层 ,即从内向外分为光球、色球和日冕三层。我们平常看到的太阳表面,是太阳大气的最底层,温度约是6000开。它是不透明的 ,因此我们不能直接看见太阳内部的结构 。但是,天文学家根据物理理论和对太阳表面各种现象的研究,建立了太阳内部结构和物理状态的模型。这一模型也已经被对于其他恒星的研究所证实 ,至少在大的方面是可信的。近日,美国宇航局在2006年发射的两颗太阳探测卫星STEREO运动到了太阳两侧相反的位置上,首次从前后两面拍摄下了完整的太阳立体图 。STEREO团队成员Angelos-Vourlidas表示 ,这是太阳物理学的重要时刻,STEREO第一次确认了太阳是一个球形。
编辑本段构造
内部构造
太阳的内部主要可以分为三层:核心区 、辐射区和对流区。 太阳内部结构图
太阳的核心区域半径是太阳半径的1/4,约为整个太阳质量的一半以上 。太阳核心的温度极高,达到1500万℃ ,压力也极大,使得由氢聚变为氦的热核反应得以发生,从而释放出极大的能量。这些能量再通过辐射层和对流层中物质的传递 ,才得以传送到达太阳光球的底部,并通过光球向外辐射出去。太阳中心区的物质密度非常高。每立方厘米可达160克 。太阳在自身强大重力吸引下,太阳中心区处于高密度、高温和高压状态。是太阳巨大能量的发祥地。 太阳中心区产生的能量的传递主要靠辐射形式 。太阳中心区之外就是辐射层 ,辐射层的范围是从热核中心区顶部的0.25个太阳半径向外到0.71个太阳半径,这里的温度、密度和压力都是从内向外递减。从体积来说,辐射层占整个太阳体积的绝大部分。 太阳内部能量向外传播除辐射 ,还有对流过程 。即从太阳0.71个太阳半径向外到达太阳大气层的底部,这一区间叫对流层。这一层气体性质变化很大,很不稳定 ,形成明显的上下对流运动。这是太阳内部结构的最外层 。
光球
太阳光球就是我们平常所看到的太阳圆面,通常所说的太阳半径也是指光球的半径。光球层位于对流层之外,属太阳大气层中的最低层或最里层。光球的表面是气态的,其平均密度只有水的几亿分之一 ,但由于它的厚度达500千米,所以光球是不透明的 。光球层的大气中存在着激烈的活动,用望远镜可以看到光球表面有许多密密麻麻的斑点状结构 ,很象一颗颗米粒,称之为米粒组织。它们极不稳定,一般持续时间仅为5~10分钟 ,其温度要比光球的平均温度高出300~400℃。目前认为这种米粒组织是光球下面气体的剧烈对流造成的现象。 光球表面另一种著名的活动现象便是太阳黑子 。黑子是光球层上的巨大气流旋涡,大多呈现近椭圆形,在明亮的光球背景反衬下显得比较暗黑 ,但实际上它们的温度高达4000℃左右,倘若能把黑子单独取出,一个大黑子便可以发出相当于满月的光芒。日面上黑子出现的情况不断变化 ,这种变化反映了太阳辐射能量的变化。太阳黑子的变化存在复杂的周期现象,平均活动周期为11.2年 。
色球
色球
紧贴光球以上的一层大气称为色球层,平时不易被观测到,过去这一区域只是在日全食时才能被看到。当月亮遮掩了光球明亮光辉的一瞬间 ,人们能发现日轮边缘上有一层玫瑰红的绚丽光彩,那就是色球。色球层厚约8000千米,它的化学组成与光球基本上相同 ,但色球层内的物质密度和压力要比光球低得多 。日常生活中,离热源越远处温度越低,而太阳大气的情况却截然相反 ,光球顶部接近色球处的温度差不多是4300℃,到了色球顶部温度竟高达几万度,再往上 ,到了日冕区温度陡然升至上百万度。人们对这种反常增温现象感到疑惑不解,至今也没有找到确切的原因。 在色球上人们还能够看到许多腾起的火焰,这就是天文上所谓的“日珥 ” 。日珥是迅速变化着的活动现象 ,一次完整的日珥过程一般为几十分钟。同时,日珥的形状也可说是千姿百态,有的如浮云烟雾,有的似飞瀑喷泉 ,有的好似一弯拱桥,也有的酷似团团草丛,真是不胜枚举。天文学家根据形态变化规模的大小和变化速度的快慢将日珥分成宁静日珥 、活动日珥和爆发日珥三大类 。最为壮观的要属爆发日珥 ,本来宁静或活动的日珥,有时会突然"怒火冲天",把气体物质拼命往上抛射 ,然后回转着返回太阳表面,形成一个环状,所以又称环状日珥。
日冕
日冕
日冕是太阳大气的最外层。日冕中的物质也是等离子体 ,它的密度比色球层更低,而它的温度反比色球层高,可达上百万摄氏度。在日全食时在日面周围看到放射状的非常明亮的银白色光芒即是日冕 。 日冕的范围在色球之上 ,一直延伸到好几个太阳半径的地方。日冕还会有向外膨胀运动,并使得冷电离气体粒子连续地从太阳向外流出而形成太阳风。
编辑本段太阳活动
无时无刻不在发生剧烈的活动
太阳看起来很平静,实际上无时无刻不在发生剧烈的活动 。太阳由里向外分别为太阳核反应区、太阳对流层、太阳大气层。其中心区不停地进行热核反应,所产生的能量以辐射方式向宇宙空间发射。其中二十二亿分之一的能量辐射到地球 ,成为地球上光和热的主要来源 。太阳表面和大气层中的活动现象,诸如太阳黑子 、耀斑和日冕物质喷发(日珥)等,会使太阳风大大增强 ,造成许多地球物理现象──例如极光增多、大气电离层和地磁的变化。太阳活动和太阳风的增强还会严重干扰地球上无线电通讯及航天设备的正常工作,使卫星上的精密电子仪器遭受损害,地面通讯网络、电力控制网络发生混乱 ,甚至可能对航天飞机和空间站中宇航员的生命构成威胁。因此,监测太阳活动和太阳风的强度,适时作出"空间气象"预报 ,越来越显得重要 。
太阳黑子
太阳黑子
4000年前古时候祖先肉眼都看到了像3条腿的乌鸦的黑子,通过一般的光学望远镜观测太阳,观测到的是光球层的活动。在光球上常常可以看到很多黑色斑点 ,它们叫做“太阳黑子”。太阳黑子在日面上的大小、多少 、位置和形态等,每天都不同 。太阳黑子是光球层物质剧烈运动而形成的局部强磁场区域,也是光球层活动的重要标志。长期观测太阳黑子就会发现,有的年份黑子多 ,有的年份黑子少,有时甚至几天,几十天日面上都没有黑子。天文学家们早就注意到 ,太阳黑子从最多或最少的年份到下一次最多或最少的年份,大约相隔11年。也就是说,太阳黑子有平均11年的活动周期 ,这也是整个太阳的活动周期 。天文学家把太阳黑子最多的年份称之为“太阳活动高峰年”,把太阳黑子最少的年份称之为“太阳活动低峰年 ”。
太阳耀斑
太阳耀斑是一种剧烈的太阳活动。一般认为发生在色球层中,所以也叫“色球爆发” 。其主要观测特征是 ,日面上(常在黑子群上空)突然出现迅速发展的亮斑闪耀,其寿命仅在几分钟到几十分钟之间,亮度上升迅速 ,下降较慢。特别是在太阳活动峰年,耀斑出现频繁且强度变强。 别看它只是一个亮点,一旦出现,简直是一次惊天动地的大爆发 。这一增亮释放的 爆发时的太阳耀斑
能量相当于10万至100万次强火山爆发的总能量 ,或相当于上百亿枚百吨级氢弹的爆炸;而一次较大的耀斑爆发,在一二十分钟内可释放10的25次幂焦耳的巨大能量。 除了日面局部突然增亮的现象外,耀斑更主要表现在从射电波段直到X射线的辐射通量的突然增强;耀斑所发射的辐射种类繁多 ,除可见光外,有紫外线、X射线和伽玛射线,有红外线和射电辐射 ,还有冲击波和
2011年2月17日太阳爆发近四年最强耀斑(6张)高能粒子流,甚至有能量特高的宇宙射线。 耀斑对地球空间环境造成很大影响 。太阳色球层中一声爆炸,地球大气层即刻出现缭绕余音。耀斑爆发时 ,发出大量的高能粒子到达地球轨道附近时,将会严重危及宇宙飞行器内的宇航员和仪器的安全。当耀斑辐射来到地球附近时,与大气分子发生剧烈碰撞 ,破坏电离层,使它失去反射无线电电波的功能 。无线电通信尤其是短波通信,以及电视台、电台广播,会受到干扰甚至中断。耀斑发射的高能带电粒子流与地球高层大气作用 ,产生极光,并干扰地球磁场而引起磁暴。 此外,耀斑对气象和水文等方面也有着不同程度的直接或间接影响。正因为如此 ,人们对耀斑爆发的探测和预报的关切程度与日俱增,正在努力揭开耀斑的奥秘 。
光斑
(谱斑) 太阳光球层上比周围更明亮的斑状组织。用天文望远镜对它观测时,常常可以发现:在光球层的表面有的明亮有的深暗。这种明暗斑点是由于这里的温度高低不同而形成的 ,比较深暗的斑点叫做“太阳黑子”,比较明亮的斑点叫做“光斑 ” 。光斑常在太阳表面的边缘“表演”,却很少在太阳表面的中心区露面。因为太阳表面中心区的辐射属于光球层的较深气层 ,而边缘的光主要来源光球层较高部位,所以,光斑比太阳表面高些 ,可以算得上是光球层上的“高原”。 光斑也是太阳上一种强烈风暴,天文学家把它戏称为“高原风暴 ” 。不过,与乌云翻滚,大雨滂沱 ,狂风卷地百草折的地面风暴相比,“高原风暴”的性格要温和得多。光斑的亮度只比宁静光球层略强一些,一般只大10%;温度比宁静光球层高300℃。许多光斑与太阳黑子还结下不解之缘 ,常常环绕在太阳黑子周围“表演” 。少部分光斑与太阳黑子无关,活跃在70°高纬区域,面积比较小 ,光斑平均寿命约为15天,较大的光斑寿命可达三个月。 光斑不仅出现在光球层上,色球层上也有它活动的场所。当它在色球层上“表演 ”时 ,活动的位置与在光球层上露面时大致吻合 。不过,出现在色球层上的不叫“光斑”,而叫“谱斑”。实际上 ,光斑与谱斑是同一个整体,只是因为它们的“住所”高度不同而已,这就好比是一幢楼房,光斑住在楼下 ,谱斑住在楼上。
米粒组织
米粒组织
米粒组织是太阳光球层上的一种日面结构。呈多角形小颗粒形状,得用天文望远镜才能观测到 。米粒组织的温度比米粒间区域的温度约高300℃,因此 ,显得比较明亮易见。虽说它们是小颗粒,实际的直径也有1000公里~2000公里。 明亮的米粒组织很可能是从对流层上升到光球的热气团,不随时间变化且均匀分布 ,且呈现激烈的起伏运动 。米粒组织上升到一定的高度时,很快就会变冷,并马上沿着上升热气流之间的空隙处下降;寿命也非常短暂 ,来去匆匆,从产生到消失,几乎比地球大气层中的云消烟散还要快 ,平均寿命只有几分钟,此外,近年来发现的超米粒组织,其尺度达3万公里左右 ,寿命约为20小时。 有趣的是,在老的米粒组织消逝的同时,新的米粒组织又在原来位置上很快地出现 ,这种连续现象就像我们日常所见到的沸腾米粥上不断地上下翻腾的热气泡。
编辑本段生命周期
地壳中最古老岩石的年龄经放射衰变方法鉴定为略小于40亿岁 。用同样的方法鉴定月球最古老岩石样品年龄大致从41亿岁直到最古老月岩样品的45亿岁有些陨星样品也超过了40亿岁。综合所有证据得出太阳系大约是46亿岁。由于银河系已经是150亿岁左右,所以太阳及其行星年龄只及银河系的三分之一 。 虽然没有测定太阳年龄的直接方法,但它作为赫罗图主序上一颗橙**恒星的总体外貌 ,却正好是对一颗具有太阳质量,年龄约为46亿岁,度过了它一半主序生涯的恒星所该期望的。 恒星也有自己的生命史 ,它们从诞生 、成长到衰老,最终走向死亡。它们大小不同,色彩各异 ,演化的历程也不尽相同 。恒星与生命的联系不仅表现在它提供了光和热。实际上构成行星和生命物质的重原子就是在某些恒星生命结束时发生的爆发过程中创造出来的。 目前太阳所处的主序星阶段,通过对恒星演化及宇宙年代学模型的计算机模拟,已经历了大约45.7亿年。据研究,45.9亿年前一团氢分子云的迅速坍缩形成了一颗第三代第一星族的金牛T星 ,即太阳 。这颗新生的恒星沿着距银河系中心约27,000光年的近乎圆形轨道运行。 太阳在其主序星阶段已经到了中年期,在这个阶段它核心内部发生的恒星核合成反应将氢聚变为氦。在太阳的核心,每秒能将超过400万吨物质转化为能量 ,生成中微子和太阳辐射 。以这个速度,太阳至今已经将大约100个地球质量的物质转化成了能量。太阳作为主序星的时间大约持续100亿年左右。 太阳的质量不足以爆发为超新星 。在50~60亿年后,太阳内的氢消耗殆尽 ,核心中主要是氦原子,太阳将转变成红巨星,当其核心的氢耗尽导致核心收缩及温度升高时 ,太阳外层将会膨胀。当其核心温度升高到 100,000,000 K时,将发生氦的聚变而产生碳,从而进入渐近巨星分支 ,而当太阳内的氦元素也全部转化为碳后,太阳将不再发光,成为一颗黑矮星(Black dwarf)。 地球的最终命运还不清楚 。太阳变成红巨星时,其半径可超过1天文单位 ,超出地球目前的轨道,是当前太阳半径的260倍。然而,届时作为渐近巨星分支恒星 ,太阳将会由于恒星风而失去当前质量的约30%,因而行星轨道将会外推。仅就此而言,地球也许会幸免被太阳吞噬 。然而 ,新的研究认为地球还是会因为潮汐作用的影响而被太阳吞掉。即使地球能逃脱被太阳熔融的命运,地球上的水将被蒸发而大气层也会散逸。实际上,即使太阳还是主序星时 ,它也会逐步变得更亮,表面温度缓慢上升。太阳温度的上升将在9亿年后导致地球表面温度升高,造成目前我们所知的生命无法生存 。其后再过10亿年 ,地球表面的水将完全消失。 红巨星阶段之后,由热产生的强烈脉动会抛掉太阳的外壳,形成行星状星云。失去外壳后剩下的只有极为炽热的恒星核,它将会成为白矮星 ,在漫长的时间中慢慢冷却和暗淡下去 。这就是中低质量恒星的典型演化过程。
编辑本段太阳能量
作为一颗恒星太阳,其总体外观性质是,光度为383亿亿亿瓦 ,绝对星等为4.8。是一颗**G2型 太阳能量
矮星,有效温度等于开氏5800度 。太阳与在轨道上绕它公 转的地球的平均距离为149597870km(499.005光秒或1天文单位)。按质量计,它的物质构成是71%的氢、26%的氦和少量较重元素。它们都是通过核聚变来释放能量的 ,根据理论太阳最后核聚变产生的物质是铁和铜等金属 。 太阳热核反应
太阳形态因素
太阳圆面在天空的角直径为32角分,与从地球所见的月球的角直径很接近,是一个奇妙的巧合(太阳直径约为月球的400倍而离我们的距离恰是地月距离的400倍) ,使日食看起来特别壮观。由于太阳比其他恒星离我们近得多,其视星等达到-26.8,成为地球上看到最明亮的天体。太阳每25.4天自转一周(平均周期;赤道比高纬度自转得快) ,每2亿年绕银河系中心公转一周 。太阳因自转而呈轻微扁平状,与完美球形相差0.001%,相当于赤道半径与极半径相差6km(地球这一差值为21km,月球为9km ,木星9000km,土星5500km)。差异虽然很小,但测量这一扁平性却很重要 ,因为任何稍大一点的扁平程度(哪怕是0.005%)将改变太阳引力对水星轨道的影响,而使根据水星近日点进动对广义相对论所做的检验成为不可信。
太阳风
太阳风是一种连续存在,来自太阳并以200-800km/s的速度运动的等离子体流。这种物质虽然与地球上的空气不同 ,不是由气体的分子组成,而是由更简单的比原子还小一个层次的基本粒子——质子和电子等组成,但它们流动时所产生的效应与空气流动十分相似 ,所以称它为太阳风 。当然,太阳风的密度与地球上的风的密度相比,是非常非常稀薄而微不足道的 ,一般情况下,在地球附近的行星际空间中,每立方厘米有几个到几十个粒子。而地球上风的密度则为每立方厘米有2687亿亿个分子。太阳风虽然十分稀薄,但它刮起来的猛烈劲 ,却远远胜过地球上的风 。在地球上,12级台风的风速是每秒32.5米以上,而太阳风的风速 ,在地球附近却经常保持在每秒350~ 450千米,是地球风速的上万倍,最猛烈时可达每秒800千米以上。太阳风从太阳大气最外层的日冕 ,向空间持续抛射出来的物质粒子流。这种粒子流是从冕洞中喷射出来的,其主要成分是氢粒子和氦粒子 。太阳风有两种:一种持续不断地辐射出来,速度较小 ,粒子含量也较少,被称为“持续太阳风 ”;另一种是在太阳活动时辐射出来,速度较大 ,粒子含量也较多,这种太阳风被称为“扰动太阳风”。扰动太阳风对地球的影响很大,当它抵达地球时,往往引起很大的磁暴与强烈的极光 ,同时也产生电离层骚扰。太阳风的存在,给我们研究太阳以及太阳与地球的关系提供了方便 。
太阳光
地球上除原子能和火山、地震 、潮汐以外,太阳能和其它一些恒星散发的能量是一切能量的总源泉。 到达地球大气上界的太阳辐射能量称为天文太阳辐射量。在地球位于日地平均距离处时 ,地球大气上界垂直于太阳光线的单位面积在单位时间内所受到的太阳辐射的全谱总能量,称为太阳常数 。太阳常数的常用单位为瓦/米2。因观测方法和技术不同,得到的太阳常数值不同。世界气象组织 (WMO)1981年 2012年将出现太阳风暴 美国大难临头
公布的太阳常数值是1368瓦/米2。如果将太阳常数乘上以日地平均距离作半径的球面面积 ,这就得到太阳在每分钟发出的总能量,这个能量约为每分钟2.273×10^28焦 。(太阳每秒辐射到太空的热量相当于一亿亿吨煤炭完全燃烧产生热量的总和,相当于一个具有5200万亿亿马力的发动机的功率。太阳表面每平方米面积就相当于一个85000马力的动力站。)而地球上仅接收到这些能量的22亿分之一 。太阳每年送给地球的能量相当于100亿亿度电的能量。太阳能可以说是取之不尽、用之不竭的 ,又无污染,是最理想的能源。地球大气上界的太阳辐射光谱的99%以上在波长 0.15~4.0微米之间 。大约50%的太阳辐射能量在可见光谱区(波长0.4~0.76微米),7%在紫外光谱区(波长<0.4微米) ,43%在红外光谱区(波长>0.76微米),最大能量在波长 0.475微米处。由于太阳辐射波长较地面和大气辐射波长(约3~120微米)小得多,所以通常又称太阳辐射为短波辐射,称地面和大气辐射为长波辐射。太阳活动和日地距离的变化等会引起地球大气上界太阳辐射能量的变化 。 太阳每时每刻都在向地球传送着光和热 ,有了太阳光,地球上的植物才能进行光合作用。植物的叶子大多数是绿色的,因为它们含有叶绿素。叶绿素只有利用光的能量 ,才能合成种种有机物,这个过程就叫光合作用 。据计算,整个世界的绿色植物每天可以产生约4亿吨的蛋白质、碳水化合物和脂肪 ,与此同时,还能向空气中释放出近5亿吨的氧,为人和动物提供了充足的食物和氧气。
编辑本段科学家发现距离地球最近“黑太阳”
科学家最新观测到一颗“黑太阳 ” ,这是一颗褐矮星,目前它是两项记录保持者——距离地球最近和最寒冷的褐矮星,它与地球的距离仅9.6光年 ,表面温度在130-230摄氏度之间。 科学家最新发现距离地球最近的“黑太阳”
报道,日前,科学家最新观测到一颗距离地球仅有9.6光年的昏暗星体,它可能是迄今距离地球最近的褐矮星。同时 ,这颗恒星比其他邻近星体更加“寒冷”,看上去就如同一颗“黑色太阳 ” 。 这项发现暗示着褐矮星存在非常普遍,并且它们与地球的距离更接近。褐矮星的质量非常小 ,因此它们无法达到一定的热量并承受类似太阳的核聚变反应。但它们仍然可以发光,在形成过程中会产生热量发光,然后逐渐冷却 ,光线衰弱 。 英国赫特福德郡大学的菲利普-卢卡斯(Philip Lucas)和他的同事发现了这颗褐矮星,它被命名为“UGPS 0722-05”,它释放出红外放射性光线。它与地球的距离仅9.6光年 ,这一距离是地球与比邻星(Proxima Centauri)的两倍,比邻星是除太阳之外距离地球最近的恒星。 目前,“UGPS 0722-05”褐矮星是第七个距离太阳最近的恒星或恒星体系 。美国乔治亚州大学恒星研究员托德-亨利(Todd Henry)说:“这项发现就如同它的温度一样酷! ” 卢卡斯和他的同事们提示称 ,这颗褐矮星的距离仍是初步评估值。该评估是基于“视差法”,在未来几个星期内,新的视差观测方法将进一步测定这颗褐矮星与地球之间的距离。如果当前测定的距离是正确的,那么“UGPS 0722-05”将是迄今为止距离地球最近的褐矮星 ,之前该记录保持者是位于Epsilon Indi恒星附近的一对褐矮星,它们与地球相距11.8光年 。 除此之外,这颗褪矮星还是另一项记录保持者 ,它是迄今发现最冷的褐矮星,其温度仅保持在130-230摄氏度之间,它十分昏暗 ,所喷射热量仅是太阳热量的百分之0.000026,其能量释放主要聚集在红外线波段,而不是可见光波段。也就是说380万颗这样的褐矮星才相当于一颗太阳 ,它的体积与木星差不多,但质量却是木星的5-30倍。 “UGPS 0722-05 ”的光线昏暗特征可以解释为什么它直到目前才被探测到,尽管它十分靠近地球 。这项研究暗示着很可能更多未探测到的褐矮星潜伏在地球周围。
编辑本段文学意象
对于人类来说 ,太阳无疑是宇宙中最重要的天体。万物生长靠太阳,没有太阳,地球上就不可能有姿态万千的生命现象,当然也不会孕育出作为智能生物的人类。太阳给人们以光明和温暖 ,它带来了日夜和季节的轮回,左右着地球冷暖的变化,为地球生命提供了各种形式的能源 。 在人类历史上 ,太阳一直是许多人顶礼膜拜的对象。中华民族的先民把自己的祖先炎帝尊为太阳神。而在古希腊神话中,太阳神则是宙斯(万神之王)的儿子 。
希腊太阳神话
太阳神阿波罗是天神宙斯和女神勒托(Leto)所生之子。神后赫拉(Hera)由于妒忌宙斯和勒托的相爱,残酷地迫害勒托 ,致使她四处流浪。后来总算有一个浮岛德罗斯收留了勒托,她在岛上艰难地生下了日神和月神 。于是赫拉就派巨蟒皮托前去杀害勒托母子,但没有成功。后来 ,勒托母子交了好运,赫拉不再与他们为敌,他们又回到众神行列之中。阿波罗为替母报仇 ,就用他那百发百中的神箭射死了给人类带来无限灾难的巨蟒皮托,为民除了害 。阿波罗在杀死巨蟒后十分得意,在遇见小爱神厄洛斯(Eros)时讥讽他的小箭没有威力,于是厄洛斯就用一枝燃着恋爱火焰的箭射中了阿波罗 ,而用一枝能驱散爱情火花的箭射中了仙女达佛涅(Daphne),要令他们痛苦。达佛涅为了摆脱阿波罗的追求,就让父亲把自己变成了月桂树 ,不料阿波罗仍对她痴情不已,这令达佛涅十分感动。而从那以后,阿波罗就把月桂作为饰物 ,桂冠成了胜利与荣誉的象征 。每天黎明,太阳神阿波罗都会登上太阳金车,拉着缰绳 ,高举神鞭,巡视大地,给人类送来光明和温暖。所以 ,人们把太阳看作是光明和生命的象征。
北欧太阳神话
丰饶 、兴旺、爱情、和平之神,美丽的仙国阿尔弗海姆的国王。一说他与巴尔德尔同为光明之神,或称太阳神 。他属下的小精灵在全世界施言行善。他常骑一只长着金**鬃毛的野猪出外巡视。人人都享受着他恩赐的和平与幸福 。他有一把宝剑,光芒四射 ,能腾云驾雾。他还有一只袖珍魔船,必要时可运载所有的神和他们的武器。
追问“开”是什么意思?
回答开是开尔文,热力学绝对温标(符号T ,单位K) 。跟日常使用的摄氏温标(符号t,单位°C)换算关系为:t=T+273.15;比如0摄氏度就是273.15开尔文。
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