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10_avatar_small 楼主: 樱花283
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地球一直在吸收太阳能,为什么还会能量守恒?

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online_member 发表于 2023-1-31 09:44:29 | 显示全部楼层
有没有一种可能,地球其实并不怎么吸收太阳能?
抬头看月亮,你会觉得月亮是面镜子,并未吸收什么太阳能。既然如此,地球为什么不是镜子呢?
太阳能量的主要形式是光辐射,光的能量以电子伏计算,远非热能那个26毫电子伏可比。然而吸收光可不容易,一个材料必须要有合适的能隙,才能吸收相应波长的光。还要有足够大的跃迁偶极矩,或者叫消光系数。
我们所谓的温室气体,比如二氧化碳,它的能隙高达13点几电子伏,比可见光多了10电子伏,它根本不可能吸收光,只会吸收波长很长的一些远红外电磁波,而这些波长在太阳能谱中占比并不高。那点微弱的吸收和地球本身的热辐射相抵销,基本可以收支平衡。
自然物质在长期演化过程中,总会倾向于越来越惰性。硅是很好的吸光材料,但它很难单独存在,容易氧化,二氧化硅的带隙就太大了,所以才会变透明。
由此可见,地球表面能够吸收太阳光能的自然材料很少,它们只是一个反射源,将太阳光原封不动地反射回茫茫太空。
直到有机物开始被合成,这种天然的半导体才开始锁住太阳能的漫漫长路。
有机物的带隙随着苯环个数增加而下降,或者说是共轭长度越长带隙越小。一个苯环是6电子伏,并五苯就降到最理想的1.几,代价是稳定性也随之下降。所以除了增加六元环,还得给它进化出一层透明的保护壳。单细胞生命开始出现。
早期的生命利用光能,主要是利用光催化一些难以发生的反应,促使碳循环起来,所以光能的利用率极低,甚至没有利用。直到生命过程的周期变长,更多的含能物质进了循环,光合成才得以出现。
最简单的光合物质蓝藻,已经具备了光合成一系统PSI。而合成糖类物质的PSII系统,则是高等植物的专利。到了这里,太阳能才真正得以被地球吸收并加以利用。但即使绿色植物早已覆盖全球,太阳能的利用率仍然谈不上很高。
人类科技发展至今,消耗的仍旧只是地球已有的含能物质,比如矿石能源。虽然太阳电池正在被普及,但要实现正收益,尚需时日。目前的新能源产业仍在靠传统能源补贴,制造硅太阳板所消耗的传统能源,需要很多年持续不断地吸收才能弥补。
归根结底,地球还是个行星级文明,用的能量仍是行星能量,我们尚未找到使用恒星能量的理想方法,地球文明也尚未升级为二级恒星文明。
生命的出现,本身就是恒星能量利用的结果,而且只是其中很少部分的利用。若能大规模利用耗散掉的太阳能量,势必会带来不可思议的文明升级,但绝不是几块硅电池板那么简单。
有时候想想也很有趣,人类发展了几千年还在第一等级文明层次,不知道何时才能渡九九天劫飞升恒星文明。可即便如此,上面还有星系文明、高维文明等那么多等级,升到真正的神级文明,会是何等景象啊。
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