每天早上，太陽都在頭頂“瘋狂燒錢”。但整顆地球接到手的能量，居然只有太陽總輸出的22億分之一。這22億分之一是怎么算出來的？剩下又都跑去了哪里？

22億分之一是怎么算出來的？

這個聽上去有點(diǎn)玄乎的數(shù)字，其實(shí)是一道經(jīng)典的“幾何分?jǐn)傤}”。它的核心在于：地球能攔截多少，取決于它在太陽的“能量散發(fā)球面”上占了多大一塊。

太陽像個無私的燈泡，每秒向四面八方噴射 3.846 × 102? 焦耳的能量。這些能量均勻分布在一個以日地距離為半徑的巨大球殼上。

要算地球分到多少，我們只需計(jì)算一個問題：地球的“影子”面積，占這個巨大球殼面積的多少？

這個巨大球殼面積為：

4π × (日地平均距離)2 =4π ×(1.496 × 1011m)2≈ 2.81 × 1023 m2

由于光是平行射來的，地球的“影子”面積就是地球的橫截面，地球半徑約 6371 km ≈ 6.371 × 10? m，那么地球的橫截面積為：

π × (地球半徑)2 =π × (6.371 × 10? m)2 ≈ 1.275 × 101? m2

那這個份額 = 地球截面積 / 球殼面積：

(1.275 × 101?m2) / (2.81 × 1023m2) ≈ 4.5 × 10?1?

換算成分?jǐn)?shù)，就是大約 22億分之一。

既然地球只截獲了太陽總能量的22億分之一，那么反過來，太陽總能量除以這個巨大的球殼面積，就是地球軌道位置每平方米能分到的功率。

太陽總功率 / 球殼面積=

(3.846 × 102? W) / (2.81 × 1023 m2) ≈ 1368 W/m2

這個數(shù)值，就是著名的“太陽常數(shù)”。

現(xiàn)在，我們用這個22億分之一的比例，直接乘以太陽的總功率，就能得出地球接收的總功率：

地球接收功率 = 太陽總功率 × (22億分之一) ≈

(3.846 × 102?W) × (4.5 × 10?1?) ≈ 1.73 × 101? W

（這與用太陽常數(shù) × 地球截面積計(jì)算的結(jié)果 1.74 × 101? W 完全一致）

然而，就是這微不足道的“零頭”，其絕對量卻大到超乎想象。

根據(jù)國際能源署IEA數(shù)據(jù)，全人類一年消耗的所有一次能源（煤、油、天然氣、水電、核電、風(fēng)光）加在一起，折算成平均功率，大約是1.8 × 1013W（意味著每秒鐘都在消耗 1.8 × 1013 焦耳的能量）。

對比一下，太陽每秒照在地球“上的能量/全人類每秒能源消耗：

≈ (1.74 × 101?) / (1.8×1013)≈9667

9667 ÷ 3600秒/小時 ≈ 2.7 小時

也就是說，太陽照射地球一秒鐘送來的能量，就足夠全人類使用近三個小時。這樣算下來的話，那太陽照射地球1小時的能量，就足夠人類用一年了。

剩下的 21.9999995 億分，都去哪兒了？其實(shí)我們被“平均分”了

從太陽的視角看，它并沒有專門盯著地球發(fā)光，它只是按物理規(guī)律在宇宙里“均勻擴(kuò)散”。

在太陽周圍，所有星球都是光的“順路乘客”。地球拿到 22 億分之一，那別的去哪了？有三個層次可以理解：

第一層，就是我們開頭講到的幾何攤薄。

太陽釋放的能量，朝四面八方擴(kuò)散，距離每翻一倍，單位面積上的能量就要被攤薄 4 倍（因?yàn)槊娣e按半徑平方增長）。等擴(kuò)散到幾十億公里、幾千億公里外的時候，單位面積能接到的能量已經(jīng)接近于無。

所以絕大部分能量，其實(shí)是在巨大球面上、一層一層被“攤平”，平到你甚至找不到是誰“拿走了它”。

第二層，是其他星體順帶拿走的一點(diǎn)點(diǎn)。

比如水星金星，離太陽更近，單位面積接受的能量比地球多 6~7 倍，再往外，火星、木星的衛(wèi)星們，也都撈到自己那一小丁點(diǎn)。但別忘了，它們的“截面積”同樣遠(yuǎn)小于整個球面。

整個太陽系加起來，真正“硬接”到太陽能的那一小撮面積，相對于那一圈巨大的球殼來說，還是極小的一圈小斑點(diǎn)。

第三層，是被宇宙“背景”稀釋掉。

太陽只是銀河系幾千億顆恒星中的一顆。它的光往外走，走著走著就和別的恒星、星云、宇宙微波背景混在一起。

如果你站在一個極遠(yuǎn)的深空區(qū)域，拿著一個 1 平方米的小板子，接到的太陽光和別的恒星光，比起來太陽那一份，就像萬里夜空里多亮起了一只手電筒而已。

所以，那 21.9999995 億分之的能量，在宇宙的巨大尺度里，被動地?cái)偝闪恕皫缀跆幪幎加?、但很稀薄”的背景?/p>

地球接到手的那點(diǎn)太陽能，又被自然界和人類怎么分掉？

先給一個大致圖景——地球接到的太陽輻射，最后的去向大致可以分幾筆賬：

大約30%左右，被大氣、云層和地表直接反射回太空，這個比例叫“地球反照率”。

剩下70%左右，才真正被大氣和地表吸收，變成地球各種“生命活動”和“天氣系統(tǒng)”的啟動資金。

我們重點(diǎn)看這70%里都發(fā)生了什么。

第一筆：加熱——讓地球適合活命

這部分是最大頭的。太陽光進(jìn)來，穿過大氣，有一部分被地面、海洋吸收，然后以紅外輻射形式再向外發(fā)。

大氣中的溫室氣體（比如二氧化碳、水蒸氣、甲烷）會截留一部分紅外，讓地球保持一個“剛剛好”的平均溫度。

沒有這套“溫室效應(yīng)”，地球平均溫度會從現(xiàn)在的15℃左右跌到-18℃——許多液態(tài)水會結(jié)冰，生命活動將受到巨大打擊。

也就是說，我們現(xiàn)在覺得有點(diǎn)棘手的“溫室效應(yīng)過強(qiáng)”，其實(shí)是在原本“溫室效應(yīng)剛剛好”的基礎(chǔ)上，人類加碼搞砸了平衡。

第二筆：驅(qū)動大氣和海洋流動——給你送來風(fēng)、雨和洋流

地球是個球體，太陽光照到赤道最強(qiáng)，往兩極逐漸變?nèi)酢?/p>

這個冷熱不均直接導(dǎo)致了赤道地區(qū)空氣受熱上升，兩極冷空氣下沉，形成大尺度環(huán)流。

再加上海水因?yàn)闇夭詈望}度差產(chǎn)生密度差，再配合地球自轉(zhuǎn)，被“攪拌”成復(fù)雜多層的洋流系統(tǒng)。

你可能從來沒覺得“風(fēng)”和“洋流”有啥特別，但只要太陽能輸入稍微不同一點(diǎn)，我們的季風(fēng)、臺風(fēng)、暴雨帶、漁場位置，全都要亂套。

2005年，“卡特里娜”颶風(fēng)登陸美國墨西哥灣沿岸，導(dǎo)致1800多人死亡、經(jīng)濟(jì)損失超過1000億美元。

這種超級颶風(fēng)，本質(zhì)上就是太陽能在大氣海洋體系里“聚集+釋放”的極端方式。

也就是說，地球接到的這點(diǎn)22億分之一里，連一點(diǎn)點(diǎn)局部偏差，都有可能給人類社會造成巨大沖擊。

第三筆：被植物變成化學(xué)能——你吃的米和油，都是“光的變裝”

每年地球上所有植物、藻類通過光合作用固定下來的能量，大致在約1.68 × 101?瓦（換算自凈初級生產(chǎn)力數(shù)據(jù)）。

對比一下地球接收到的1.74 × 101?瓦，

植物光合作用/太陽入射：

1.68 × 101?瓦÷1.74 × 101?瓦≈ 0.1%

也就是說，自然界這臺“光能變糧食”的機(jī)器，效率也就千分之一上下。

但就是這個千分之一，撐起了整個生物圈食物鏈。你今天吃的米、面、肉、牛奶，從能量路徑上看，幾乎都可以追溯到某個時間、某片土地上的光合作用。

更有意思的是，人類現(xiàn)在燒的煤、油、天然氣，本質(zhì)上就是古代生物（尤其是植物）光合作用留下的“能量化石”。

所以你也可以這么理解：我們現(xiàn)在用的很多化石能源，是幾億年前太陽22億分之一里，被大自然“扣下來存著”的一小筆錢。

第四筆就是被人類直接利用了，比如你家樓頂?shù)奶柲軣崴?，還有光伏發(fā)電等。

不過，把這件事放回地球整體能量流里看，人類現(xiàn)在直接利用的太陽能依然是杯水車薪。

2023年光伏發(fā)電量大約1.7萬億千瓦時，只占全球電力消費(fèi)的6%左右，更別說放到“整個太陽能入射量”的母體里，那簡直是肉眼不可見的水平。

說白了，地球接到的那點(diǎn)22億分之一里，大部分是被自然界拿去維持一個復(fù)雜而微妙的“氣候—水循環(huán)—生態(tài)”大系統(tǒng)。

人類在這個系統(tǒng)上，只是小心翼翼地插了幾根吸管，剛學(xué)會從里面抽一點(diǎn)出來用而已。

寫在最后

把這套賬算清楚，你會發(fā)現(xiàn)：太陽給地球的確只有 22 億分之一，但這塊“碎片”已經(jīng)足夠打造一個宜居星球和一個現(xiàn)代文明。

我們真正的問題，是還在大量依賴幾億年前那點(diǎn)“老太陽存款”，而不是學(xué)會高效接住眼前源源不斷的新能量。

或許物理學(xué)家弗里曼·戴森提出的戴森球能幫我們解決這個問題，不過，要實(shí)現(xiàn)的話，可能還得很久。