说到太阳，不管我们看到旭日东升，还是夕阳西下，满天的朝霞或晚霞都给人以和煦与温暖的感觉。正午前后的太阳则金光万道，辉煌无比。太阳坐镇我们这个行星系统的中心，“指挥”着太阳系的运行。因此，太阳也常常成为人类顶礼膜拜的偶像。
太阳更多地受到人类的关注，主要是由于它将大量的能量输送到地球上，为我们提供着“免费”的能源。说“万物生长靠太阳”是毫不夸张的，地球上的一切生命归根结底都要直接或间接地从太阳获取能量。我们讨论的许多能源，追根溯源往往也是归到太阳身上。此外，太阳能还是清洁能源，非常符合环境保护的要求。科学家预言，21世纪，太阳能将成为主要能源，到2030年，世界电力的一半可能来自太阳能。
就目前的技术来看，利用太阳能的方式主要有3种：利用太阳能集热器加热水，利用抛物面镜聚集阳光发电，利用光电池直接把太阳能转换为电能。
“壮年”辐射，光辉灿烂
太阳是一个庞大的天体，目前正处于“壮年”时期。用望远镜测到太阳的直径为139万千米，是地球的109倍。比较二者的体积，太阳的体积为地球体积的130万倍。可是太阳看上去并不大，原因是它离我们很远，大约有1.49亿千米，它发出的光要走8分钟才能到达地球。
利用万有引力定律和已知的地球质量（6.0×1024千克），我们可以计算出太阳的质量为1.9×1030千克，即比地球高出5个数量级。进而我们可以计算出，日心引力大约为地心引力的28倍，地球上一个标准体重为60千克的人，他（假如可以耐高温）位于太阳表面，他受到的重力就要超过1吨重。那真是活得太“累”了。
太阳更引人注目的是，它放出灿烂夺目的光芒。古诗中的“锄禾日当午”是说在夏日晴天的中午，人们在田间作业是如此的劳苦，原因是日照使此时的气温非常高。
为什么有如此高的气温呢？在近1.5亿千米之外的太阳看上去还是那么耀眼，这说明它辐射的光芒是非常强大的。太阳的亮度是2.7×1027。这就是说，它相当于有2.7×1027支标准的蜡烛同时燃烧放出的光。科学工作者在地球表面认真地测量了太阳的辐射能，这个数值叫做“太阳常数”。它的数值过去常写作“1.95卡／（厘米2·分）”，现在写作“1384瓦／米”。意思是说，在地球上一个具有1平方米的表面上，每秒钟可以接受到1384焦耳的能量。如果考虑到日地之间的距离，可以计算出太阳每秒钟释放的能量，为3.8×1027焦耳，这个数值太大了，甚至难以用一个普通尺度的物体作比喻。如果作一个“极大的”比喻，这相当于我们的地球被一个厚1000千米的冰层包裹着，当太阳的全部能量都集中到地球上，那么用不了一个小时就会将这些冰块融化并全部蒸发掉。
尽管太阳瞬时就放出如此巨大的能量，但到达地球上的只有10亿分之一。这些能量还有30％被反射回太空，剩下的70％被地球接受。在地球接受的能量中有70％用于加热空气，以保持其气温在一个不大的幅度内变化；剩下的被水、冰吸收，蒸发水分，再成雨降落，形成水的循环。此外还有极少量的太阳能参与植物的光合作用，使植物得以成长。这些植物的一部分直接变成了供我们今天享用的煤炭资源，一部分被动物吃掉，动物死去后有一部分变成了供我们今天享用的能源，这就是石油和天然气等。
阿基米得的“法宝”
在公元前3世纪时，意大利的西西里岛上有一个属于古希腊的叙拉古王国。王国有一位著名的科学家，他就是伟大的阿基米得（公元前287—前212年）。阿基米得是实验科学的奠基人，在古代科学的发展中做出过巨大的贡献。
阿基米得
当时，罗马王国正处于发展时期，并遇到希腊王国的遏制。因此，两个国家在叙拉古发生冲突，处于交战的状态。当罗马人逼近叙拉古时，叙拉古人都动员起来参加战斗。70多岁的阿基米得也不例外，参加了战斗的行列。
罗马舰队是一个强大的舰队，如何击败处于优势的罗马人呢？在中国东汉末年的水军大都督周瑜曾用火攻战胜了曹操的舰队。阿基米得想到的也是用火攻战胜强敌。不过准确地说，阿基米得的战法是利用光能的“光（热）攻”。
阿基米得的方法十分巧妙。他让没有什么“战斗力”的妇女参战。每一名妇女手擎一面镜子。当罗马舰队出现时，阿基米得指挥妇女们，让她们利用镜面反射太阳光，并照射到罗马的舰船上。阿基米得高喊着，“让镜子的反射光照到这里”！时间不长，罗马舰船就被这些反射光所点燃，顷刻之间形成熊熊大火，真可谓是“樯橹灰飞烟灭”！
当然，传说中壮丽的历史篇章毕竟缺乏确凿的证据。很久以来，人们只不过将它看作是一个传奇色彩极浓的传说而已。
18世纪，一位法国科学家研究了“阿基米得战例”。他认为，要达到这样的效果，镜子的直径至少要达到10米，并且要1000面才能将1000米之外的船帆点燃。所以，阿基米得要点燃罗马舰船有许多技术上的困难是无法克服的。
这样的结论是确切无疑的吗？有人还不“死心”。1973年，一位希腊工程师做了一个实验。在晴朗的一天，这位工程师组织了50名水手，每人手中拿一面长方形的镜子，将反射光集中在一艘小船上。只有几秒钟，小船就着火了，两分钟就燃起大火。这个实验说明，阿基米得火烧舰船是真实的。
在阿基米得之后，公元前230年，一位名叫多塞休斯的希腊数学家发现，比起半球形的凹面镜，抛物面形状的反射镜聚集光线的效果要更好。现在我们知道，如果抛物面的曲面非常精确，焦点处的温度可达到太阳表面的温度6000℃。
大约在公元1000年，一位居住在埃及的名叫奥哈森·马丁的阿拉伯科学家在一本书中写到，抛物面反射镜可以聚光。到1250年，英国科学家罗哲尔·培根读过马丁的书，他认为这种装置非常重要，阿拉伯人可能就利用这种装置对付基督教的军队。他建议基督教的军队也应重视对这种武器的研制。
利用阳光点燃舰船的故事传奇色彩极浓，自然引起了人们的浓厚兴趣。然而，利用阳光能做的事情还多着呢！
太阳能电站
太阳能电站实际上是一种光能→热能→电能的装置。通常，要先在地面上设置大量的定日镜（即反射镜），并且要保证这些定日镜总是朝着太阳。太阳光聚集在锅炉上，加热锅炉，产生蒸汽；高温和高压蒸汽推动汽轮机，再带动发电机发电。20世纪70—80年代，中国和美国科学家曾合作研制小型太阳能发电机，功率为5千瓦。但因造价太高，未能推向市场。
1975年9月15日，由法国研制的第一座太阳能电站在墨西哥投入运行。它有一个1500平方米的屋顶式集热器和一台30千瓦的氟利昂汽轮发电机。后来在法国某地又建造了一台太阳能电站，它是由63个45平方米的跟踪太阳的反射镜组成，反射镜把阳光集中在一个圆柱抛物镜上，而后聚焦在一个锅炉上。锅炉的蒸汽可以驱动一个功率为64千瓦的发电机。
在法国比利牛斯山上也有一座太阳能高温炉。这里有一块大凹面镜，差不多有9层楼高。它不直接收集阳光，而是用63块巨型反射镜将阳光聚焦在锅炉中。这样集中的能量可使炉温达4000℃，功率达1000千瓦。这样的温度可用于冶炼，特别是冶炼一些极难熔化的金属。80年代，前苏联在乌兹别克的塔什干也建成一座太阳能高温炉，温度可达2500℃，功率达1000千瓦，用于冶炼钛酸铝、锆酸钙和铱铝石榴石等国防材料。
1980年，人们在西西里岛上建立起一座用玻璃镜构成的反射装置。180块玻璃镜的总面积为6200平方米，它们反射的阳光被集中在一座高55米的塔上。由于太阳的位置并不固定，它总是东升西落，设计人员将这180面玻璃镜通过计算机控制自动地旋转，以调整反射光线总是集中在塔上。
这180面玻璃镜集中光线并非用于火烧战船，而是为了发电。这是一座太阳能发电站，由欧洲共同体共同投资建造。这座塔接收阳光加热锅炉中的水，可使水温上升到500℃，气压可达64个大气压。这些高温高压蒸汽驱动涡轮发电机工作，可使它的发电功率达到1000千瓦。
当前，世界上较大的太阳能电站还有美国的阿尔布凯克城郊沙漠区的太阳能实验电站，其地面聚光镜由1700块反射镜组成，塔高60米。塔上的锅炉每小时可产生高温高压蒸汽10余吨，发电功率为750千瓦。
1994年，美国在加利福尼亚建成一座太阳能发电站，其总装机容量达35万千瓦。荷兰也计划到2010年建成一座25千瓦的太阳能发电站。
法国曾计划建造90万千瓦的太阳能电站。但它要占地200公顷，对环境生态带来不好的效应，为此作罢。不过，美国科学家的想象要更加大胆。他们曾计划建造一个10000兆瓦（即1000万千瓦）的太阳能装置，并把它放在地球上空的同步轨道上。这个装置的功率比最大的核电站的功率还要大。这样的功率相当于每年烧掉200万吨石油。但这座电站的质量达15万吨；尽管随着技术的不断改进，质量减少到3.4万吨，将它送到轨道上仍不是一件容易的事。
菲隆的太阳能装置
利用太阳光做功的实验，在古罗马帝国就有人做过。有一位名叫菲隆（约前300—？）的工程师，他曾设计过一个利用太阳能的装置。这是用管子将两个容器连接起来，其中的一个容器底部有一些水，连接管可将这个容器中的水引向另一个容器中。如果把装有水的容器放在太阳光下晒，容器中的空气就会膨胀，从而迫使其中的水流向另一个容器。这里，迫使水从一个容器流向另一个容器的是太阳光的作用。所以，菲隆是最早设计利用太阳能的装置的，尽管这个装置只是一种玩具而已。
菲隆
古代还有人利用太阳光“弹琴”。这是让太阳光使琴管中的空气膨胀，从而使琴管发出声音。当太阳光照射到一些雕塑上，雕塑就因太阳光的照射而发出声音。这使那些顶礼膜拜的人们大感惊奇，进而愈加崇拜这些神灵。他们哪里知道，这是空气膨胀的结果。
1861年，有一位名叫奥古斯丁·穆桥特的法国人也研制了太阳能装置。他使用曲面镜用太阳光将热箱进一步加热，像希罗一样，他也利用这个装置抽水，但抽水的量和抽水的速度都比希罗的装置大得多。穆桥特还用这个装置烘烤食物，并使酒精浓缩。
1866年，穆桥特制造了更大的热箱，它足以带动蒸汽机。只是由于法国的日照差一些，尤其是在冬季，常常阴云密布，并且穆桥特的热箱太大，且笨重，这大大影响了热箱的利用效率。为此，穆桥特将热箱到阳光充足的阿尔及利亚，这里没有煤炭，热箱大有用武之地的。尽管穆桥特研制了一些太阳能装置，但终因成本太高而失败。
“阳燧”和聚光式太阳灶
在古希腊神话中，普罗米修斯为取得“天火”吃尽了苦头。在中国古代传说中，为人们取得火的是圣贤“燧人氏”，他却是用真实得多的机械的方法取得的，即“钻木取火”。
其实，比起机械的方法，用光学的方法获得太阳“圣火”要简单得多。这是因为将光能直接转换成热能从技术上是非常容易的。阿基米得用反射镜烧毁罗马战舰的故事讲的就是这种技术的利用。然而，在阿基米得之前的两个世纪，中国先秦时期墨家学派就研究了这个问题，不过墨家的研究侧重于凹面镜的成像规律。
关于用凹面镜取火的研究，西汉时的《淮南子》中明确记载着“阳燧见日而燃为火”的方法。这里的“阳燧”就是表面略微凹下的镜子。先秦典籍《考工记》中记载了专门用于制作凹下的镜子“阳燧”的冶金配方。在一些先秦的墓葬品中就有凹面镜出土。例如，在河南陕县上村岭的一座春秋墓中出土的铜器，其中有一枚随身携带的“阳燧”。中国人用“阳燧”取火的历史实际上可以追溯到西周初年的公元前11世纪。对应的出土文物有陕西周原出土的“阳燧”，这是1995年4月被考古人员发现的，经专家测定，把这枚“阳燧”放在阳光下只需2—3秒就可以点燃纸条或棉絮。
在现代社会中，用凹面镜取“天火”也非常多。这种太阳能接收装置就是“太阳伞”。我国的科技人员曾设计用凹面镜收集阳光用于焊接，它用凹面镜、跟踪调节系统、焊接装置等组成。聚光镜的直径有2.5米，焦点处的温度可达2000℃。如果将一块厚1毫米的钢板放在焦点处，只用几秒钟就可在钢板上打穿一个直径6毫米的洞。
1990年，在北京召开第11届亚洲运动会，点燃北京工人体育场的主火炬的火是来自西藏的“天火”。这是利用“太阳伞”在西藏高原上收集阳光得到的火种。
太阳伞也叫“太阳灶”，或称作“聚光式太阳灶”。它在太阳光充足的地区应用得非常普遍。一般来说，伞式太阳灶大都选择抛物面，其质料多为塑料薄片，并敷上一层真空镀铝膜。太阳伞焦点处的温度可达400℃～650℃。一个直径1.6米的太阳灶，最多可达700～1000瓦的功率，相当于一个普通的蜂窝煤炉子。用它可以直接烧水、煮饭和炒菜等。我国是世界上使用太阳灶最多的国家，全国约有15万台左右。它们主要分布在西藏、新疆和甘肃等地区，那里的日照条件好，农牧民生活又缺乏柴草，大量普及太阳灶可以节省能源和保护环境。
箱式太阳灶
除了聚光式太阳灶，还有一种箱式太阳灶。据说，在1767年，一位名叫索热尔的瑞士科学家设计了一种玻璃箱。从结构上看，箱子外层是绝热的，里面是一层套一层的玻璃箱。越往里面温度越高，到最里面的空间，其温度足可以烧开水。19世纪30年代，英国天文学家约翰·赫舍尔（1792—1871年）去南非做研究工作，他也设计了一种热箱，用于烘烤食物。
索热尔和赫舍尔的装置并未流行，原因是烧开水和烧烤食物用木柴更方便。后来，在美国实行一个不成文的规定，即每星期有一天是“洗涤日”，人们在安排工作时往往将最脏的活儿都安排在这一天。要洗热水澡，就要烧大量的热水，就要消耗大量的木柴或煤炭。为了节约木柴和煤炭，有的人用一个外表涂黑的大水桶放在太阳光下晒，晒热的水就可以用了，但它的保温性能太差了。1891年，美国发明家克拉伦斯·M.肯普研制了一种新型的热箱。他用毡子做衬，以防热量散失，顶部装上玻璃。注水之后，阳光使水升温。由于毡子可以保温，人们使用热水就很方便了。但如果箱子中的水隔过一夜，水也会变凉。
