從奧運(yùn)圣火到太空發(fā)電，太陽還能干什么？

審核專家：錢航 中國航天科技集團(tuán)一院航天科普專家

北京時(shí)間7月27日（當(dāng)?shù)貢r(shí)間7月26日），第33屆奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)將在法國巴黎開幕，穿越百年，奧運(yùn)圣火將再次點(diǎn)燃浪漫之都。

回顧奧運(yùn)圣火的傳遞歷程，4月17日，巴黎奧運(yùn)會(huì)火種在奧林匹克運(yùn)動(dòng)發(fā)祥地——希臘伯羅奔尼撒半島的古奧林匹亞遺址采集成功，7月14日，奧運(yùn)圣火傳遞到巴黎。

圣火采集 來源：新華社

7月14日，在法國巴黎香榭麗舍大街，第一棒火炬手、法國國奧隊(duì)主教練、前足球運(yùn)動(dòng)員亨利（左一）、巴黎奧組委主席托尼·埃斯坦蓋（左二）在火炬?zhèn)鬟f現(xiàn)場(chǎng) 來源：環(huán)球雜志

太陽與奧運(yùn)圣火

火種采集儀式在第一屆古代奧運(yùn)會(huì)舉辦地———希臘古奧林匹亞舉行，圣火將古代奧運(yùn)會(huì)和現(xiàn)代奧運(yùn)會(huì)聯(lián)系在一起。奧林匹克圣火自古以來就是和平與友誼的象征，還代表著人類以火為象征緊密團(tuán)結(jié)在一起的積極價(jià)值觀。

2024年4月16日，在巴黎奧運(yùn)會(huì)圣火火種采集儀式上，扮演女祭司的演員手捧火種罐。來源：新華社

不同于人工手段點(diǎn)火，為了彰顯圣火的純凈，火種采集自太陽光。采集過程非常簡(jiǎn)單，用凹面鏡匯聚太陽光點(diǎn)燃在采集火炬上的膠片?；鸱N采集儀式開始前會(huì)進(jìn)行彩排。彩排中采集的火種將予以保存，以備采集儀式當(dāng)天天氣條件不佳時(shí)之需。巴黎奧運(yùn)會(huì)火種采集就遇到了陰天狀況。

2024年4月15日，扮演最高女祭司的瑪麗·米娜（前左）在巴黎奧運(yùn)會(huì)火種采集儀式彩排中取火。來源：新華社

在巴黎奧運(yùn)會(huì)圣火火種采集儀式上，扮演最高女祭司的演員瑪麗·米娜從燃燒的火種罐中引燃火炬。

來源：新華社

太陽與凹面鏡

奧運(yùn)圣火的關(guān)鍵在于要有火，凹面鏡中并無火，為何也能取火點(diǎn)燃火炬？又為何有了凹面鏡，還要考慮天氣原因，在彩排中備采火種？

這就需要說說太陽光和凹面鏡之間的微妙聯(lián)系了。

凹面鏡，即凹面的拋物面鏡，起聚光作用。拋物線有一個(gè)重要性質(zhì)：平行于對(duì)稱軸的直線經(jīng)過拋物線反射后匯集于拋物線的焦點(diǎn)。

凹面鏡聚光 來源：北京科技報(bào)社

采集圣火的拋物面內(nèi)部涂了反光層，當(dāng)它正對(duì)著太陽時(shí)，太陽光線平行于拋物面的對(duì)稱軸，經(jīng)拋物面反射后，陽光都聚集在拋物面的焦點(diǎn)，使得焦點(diǎn)處的溫度非常高，能夠達(dá)到火炬燃料的燃點(diǎn)。而女祭司將火炬燃口置于凹面鏡焦點(diǎn)處，這樣反射的太陽光就把火炬點(diǎn)燃了。

拋物面能夠?qū)⑵叫泄饩€反射聚集于焦點(diǎn)，反之，置于焦點(diǎn)處的光源發(fā)出的光線經(jīng)拋物面反射后也將變成平行光線。比如，我們常用的手電筒、汽車前燈以及探照燈等都有拋物反射面。

汽車前照燈示意圖 來源：北京汽車博物館

太陽還能干什么

大家最先想到的，可能就是太陽能發(fā)電了。

太陽能發(fā)電是通過水或其它介質(zhì)和裝置將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電方式，目前主要有兩種基本途徑：太陽能熱發(fā)電和太陽能光發(fā)電。

太陽能熱發(fā)電

先將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，然后再按照某種發(fā)電方式將熱能轉(zhuǎn)換為電能，即太陽能熱發(fā)電。

太陽熱發(fā)電系統(tǒng)示意圖 來源：科普北京

這其實(shí)也是利用了凹面鏡拋物面聚光原理。平行軸線入射的光線經(jīng)拋物面反射后會(huì)聚焦至焦點(diǎn)處，如果在焦點(diǎn)放置接收能量的裝置，就可以產(chǎn)生高溫，如果有高溫?zé)嵩淳陀辛税l(fā)電的可能。

凹面鏡拋物面聚光原理 來源：中國能建

目前根據(jù)聚光系統(tǒng)收集太陽能輻射方式的不同，太陽能熱發(fā)電技術(shù)主要分為塔式、槽式、線性菲涅爾式和碟式四大類形式。

哈密50MW熔鹽塔式太陽能熱發(fā)電站 來源：中國能建

我國首座太陽能熱發(fā)電實(shí)驗(yàn)電站——北京延慶八達(dá)嶺太陽能熱發(fā)電實(shí)驗(yàn)電站，于2012年系統(tǒng)貫通后，首次太陽能熱發(fā)電實(shí)驗(yàn)獲得了圓滿成功。這標(biāo)志著我國是繼美國、德國、西班牙之后，世界上第四個(gè)實(shí)現(xiàn)大型太陽能熱發(fā)電的國家！

北京延慶八達(dá)嶺太陽能熱發(fā)電實(shí)驗(yàn)電站 來源：科普北京

太陽能光發(fā)電

通過光電器件將太陽光直接轉(zhuǎn)換為電能，即太陽能光發(fā)電。更為常見的太陽能發(fā)電方式是光伏發(fā)電，這種光伏電池板隨處可見，比如路燈、計(jì)算器、熱水器。

安裝光伏電池板的路燈 來源：網(wǎng)絡(luò)

光伏發(fā)電技術(shù)在20世紀(jì)前半段不斷發(fā)展成長(zhǎng)，但最初一般只用于軍工領(lǐng)域，直至1973年第一次石油危機(jī)，人們開始把光伏發(fā)電的應(yīng)用轉(zhuǎn)移至民用領(lǐng)域。

比如航天領(lǐng)域的衛(wèi)星與空間站的供電，或者是裝上光伏電池的太陽能飛機(jī)，可以不間斷的連續(xù)飛行。未來甚至可能把太陽能發(fā)電站建在太空中，將電能無線傳輸至地面接收站或給空中的飛機(jī)續(xù)航。

天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器 來源：中國能建

太陽，這個(gè)地球上光與熱的來源，形成了風(fēng)雨，養(yǎng)育了萬物。相信隨著人類社會(huì)的進(jìn)步，未來對(duì)太陽的開發(fā)一定可以再上新臺(tái)階！