1．奇妙的太阳
太阳的天文符号是⊙，象征着宇宙之卵，是生命的源泉。它是一个炽热的气态球体，直径为1.39×106千米，质量为1.989×1030千克，表面温度大约为6000℃，它是太阳系质量的99.8%。太阳是距离地球最近的恒星，是太阳系的中心天体。太阳系中的八大行星、小行星、流星、彗星、外海王星天体以及星际尘埃等，都围绕着太阳运行（公转）。太阳光度为383亿亿亿瓦，绝对星等为4.8。是一颗黄色G2型矮星，有效温度等于开氏5800度。太阳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。
太阳和太阳系
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。
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。
空间望远镜摄取的太阳图像
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。
太阳内部结构
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源地。 太阳中心区产生的能量的传递主要靠辐射形式。
太阳辐射大意图
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。
我们现在所说的太阳能，从狭义上说，就是指上述太阳活动辐射出来的能量，名为太阳辐射能，又称太阳辐射热（heat from solar radiation），是地球外部的全球性能源。地球表面及近地表处的温度场，取决于这类能量的均衡。
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绝对星等
绝对星等（Absolute magnitude，M）是假定把恒星放在距地球10秒差距（32.6光年）的地方测得的恒星的亮度，用以区别于视星等（Apparent magnitude，m）。它反映天体的真实发光本领。
辐射
辐射有实意和虚意两种理解。实意可以指热，光，声，电磁波等物质向四周传播的一种状态。虚意可以指从中心向各个方向沿直线延伸的特性。辐射本身是中性词，但是某些物质的辐射可能会来到危害。
氦
氦（Helium），为稀有气体的一种。元素名来源于希腊文，原意是“太阳”。1868年有人利用分光镜观察太阳表面，发现一条新的黄色谱线，并认为是属于太阳上的某个未知元素，故名氦。氦在通常情况下为无色、无味的气体，氦是唯一不能在标准大气压下固化的物质。氦是最不活泼的元素，基本上不形成什么化合物。氦的应用主要是作为保护气体、气冷式核反应堆的工作流体和超低温冷冻剂。
氢
氢是一种化学元素，化学符号为H，原子序数为1，在元素周期表中位于第一位。它的原子是所有原子中最小的。氢通常的单质形态是氢气。它是无色无味无臭，极易燃烧的由双原子分子组成的气体，氢气是最轻的气体。
2．太阳的核聚变
太阳能是氢原子核在超高温时聚变释放的巨大能量，太阳能是人类能源的宝库，如化石能源、地球上的风能、生物质能都来源于太阳。
核聚变中的太阳
核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放。如果是由重的原子核变化为轻的原子核，叫核裂变，如原子弹爆炸；如果是由轻的原子核变化为重的原子核，叫核聚变，如太阳发光发热的能量来源。
原子弹爆炸
最初，剑桥卡文迪许实验室的英国化学家和物理学家阿斯顿，在用自己创制的摄谱仪从事同位素研究时发现，氦-4质量比组成氦的4个氢原子质量之和大约小1%左右。1929年，英国的阿特金森和奥地利的奥特斯曼联合撰文，证明氢原子聚变为氦的可能性，并认为太阳的光与热皆源自这种轻核聚变反应。
太阳核聚变示意图
随后的研究证实，太阳发出的能量来自组成太阳的无数的氢原子核。在太阳中心的超高温和超高压下，这些氢原子核相互作用，发生核聚变，结合成较重的氦原子核，同时释放出巨大的光和热。
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氘
氘为氢的一种稳定形态同位素，也被称为重氢，元素符号一般为D或2H。它的原子核由一颗质子和一颗中子组成。在大自然的含量约为一般氢的7000分之一，用于热核反应。被称为“未来的天然燃料”。
氚
氚（音‘川’），亦称超重氢，是氢的同位素之一，元素符号为T或3H。它的原子核由一个质子和两个中子所组成，并带有放射性，会发生β衰变，其半衰期为12.43年。
3．太阳辐射
太阳辐射（soar radiation）亦称日射。通常指太阳向周围空间发射的电磁波能量，更广义地讲，太阳辐射还应包含太阳抛射的大量粒子流。
太阳是个巨大约辐射源，每时每刻都在向空间辐射大量能量，地球能量的主要来源就是太阳。太阳发射从波长短于10-4A的γ射线直到波长大于10km的无线电波的各种波长的电磁波，但99.9％的辐射能量集中在0.2－10μm的波段，其中可见光部分约占40％，紫外线9%，红外线51％。
各种波长的太阳辐射是从由不同高度和不同温度的太阳大气各层发射出来的。它的可见和红外辐射主要来自太阳光球，0.15μm以下的短波辐射主要来自色球和日冕的高温辐射。无线电厘米波由太阳色球发射，米波则由日冕发射。太阳发射光谱经过漫长的地球大气后将发生吸收和散射等衰减过程，所以到达地表的太阳辐射与大气上界的太阳辐射有明显的不同。
太阳辐射光谱
太阳辐射通过大气，一部分到达地面，称为直接太阳辐射；另一部分为大气的分子、大气中的微尘、水汽等吸收、散射和反射。被散射的太阳辐射一部分返回宇宙空间，另一部分到达地面，到达地面的这部分称为散射太阳辐射。
到达地面的散射太阳辐射和直接太阳辐射之和称为总辐射。太阳总辐射是地球表面某一观测点水平面上接收太阳的直射辐射与太阳散射辐射的总和。晴天为直射辐射为主，散射约占总辐射的15%，阴天或太阳被云遮挡时只有散射辐射。
阴雨天的散射辐射
太阳总辐射量通常按日、月、年为周期计算。地理纬度、日照时数、海拔高度和大气成分等都是影响太阳总辐射的因素。太阳能利用和环境工程设计常采用气象部门的实测数据。水平面上的太阳总辐射一般用总日射计量测，仪器的接受表面有两个同心银环组成，里面的环涂黑色外环涂白色，两个环之间的温差用热电偶测量，全部装置密封在一个充以干燥空气的球形泡内。
太阳辐射简图
在地球大气上界，北半球夏至时，日辐射总量最大，从极地到赤道分布比较均匀；冬至时，北半球日辐射总量最小，极圈内为零，南北差异最大。南半球情况相反。春分和秋分时，日辐射总量的分布与纬度的余弦成正比。南、北回归线之间的地区，一年内日辐射总量有两次最大，年变化小。纬度愈高，日辐射总量变化愈大。
到达地表的全球年辐射总量的分布基本上成带状，只有在低纬度地区受到破坏。在赤道地区,由于多云,年辐射总量并不最高。在南北半球的副热带高压带，特别是在大陆荒漠地区,年辐射总量较大,最大值在非洲东北部。
地球上的风带和气压带
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年公布的太阳常数值是1368瓦/米2。
由于太阳辐射波长较地面和大气辐射波长小得多，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。
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γ射线
γ射线，又称γ粒子流，是原子核能级跃迁蜕变时释放出的射线，是波长短于0.2埃的电磁波。γ射线有很强的穿透力，工业中可用来探伤或流水线的自动控制。γ射线对细胞有杀伤力，医疗上用来治疗肿瘤。2011年英国斯特拉斯克莱德大学研究发明地球上最明亮的伽马射线——比太阳亮1万亿倍。这将开启医学研究的新纪元。
紫外线
紫外线是电磁波谱中波长从10nm到400nm辐射的总称，不能引起人们的视觉。1801年德国物理学家里特发现在日光光谱的紫端外侧一段能够使含有溴化银的照相底片感光，因而发现了紫外线的存在。
红外线
在光谱中波长自0.76至400微米的一段称为红外线，红外线是不可见光线。所有高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。医用红外线可分为两类：近红外线与远红外线。
4．来自太阳的光能
阳光是太阳光能的载体。太阳光，广义的定义是来自太阳所有频谱的电磁辐射。在地球，阳光显而易见是当太阳在地平线之上，经过地球大气层过滤照射到地球表面的太阳辐射，则称为日光。
当太阳辐射没有被云遮蔽，直接照射时通常被称为阳光，是明亮的光线和辐射热的组合。世界气象组织定义“日照时间”是指一个地区直接接收到的阳光辐照度在每平方米120瓦特以上的时间累积。太阳的太阳辐射光谱与温度5800K的黑体非常接近。其中约有一半的电磁频谱在可见光的短波范围内，另一半在近红外线的部分，也有一些在光谱的紫外线。
我们平时所看到的阳光
阳光照射的时间可以使用阳光录影机、全天空辐射计或日射强度计来记录。阳光需要8.3分钟才能从太阳抵达地球。
