档案中的场景：20 世纪 50 年代，充满希望的太阳能新世界

为了纪念 150 周年，我们重新回顾了科普故事（成功和失败），这些故事有助于定义科学进步、理解和创新，并增加了一些现代背景。探索整个档案系列并查看我们所有的周年报道。

利用集中阳光的能量可以追溯到古代。公元前 212 年锡拉库扎围城战期间，传奇的希腊数学家阿基米德发明了一种太阳死亡射线。它的抛光青铜盾牌将阳光反射到驶来的罗马船只上，使它们燃烧起来——这一壮举在现代已被复制。

1954 年 3 月，《大众科学》杂志发表了阿尔登·P·阿马尼亚克的《太阳炉开始运转》一书，这位多产的作家兼编辑已经从事科学报道四十多年了。哥伦比亚大学的化学工程师阿马尼亚克擅长用夸张的方式讲述宏大的故事，他试图让科学变得有趣。他在介绍太阳能技术时没有提到阿基米德，但他引用了拉瓦锡，这位著名的 18 世纪法国化学家曾使用阳光照射的镜子来熔化金属。

阿马尼亚克的阳光专栏涵盖了一系列新兴的太阳能技术，包括一种“钢在火焰上融化并滴落，就像封蜡一样”的熔炉；光伏技术，其发电量在 1954 年是如此可怜，以至于一位怀疑论者说：“科学家必须更好地理解物质和能量，然后我们才能指望用车库屋顶上的热电或光电发电机为我们的汽车电池充电”；光合作用，用于种植高产的单细胞藻类粮食作物，阿马尼亚克对此直言不讳，“如果我们的味觉不够发达，无法享受如此超现代的食物，我们可以把它喂给牛或家禽，并获得老式牛排或炖肉作为奖励；”最后，将阳光放入瓶子中，或者在试管中捕捉光线以利用其催化特性：“众所周知，阳光会产生各种化学反应，”阿马尼亚克写道，“例如，当它把空白胶片变成艾拉姨妈的肖像时。”我猜他并不喜欢喝紫外线来治病。

“太阳炉开始运转” （Alden P. Armagnac，1954 年 3 月）

人造地狱试验了喷气发动机和火箭发动机的材料，并展示了一种获取免费太阳能的方法。

在加利福尼亚州圣地亚哥附近一座 6,000 英尺高的山顶上，他们利用太阳能制造飞机。

新安装的太阳能炉利用直径 10 英尺的抛光铝镜将太阳光线聚焦到比一角硬币还小的一点上。它的温度远远超过了临时测试喷灯或电炉的温度。

联合沃尔特飞机公司的研究人员将太阳炉的极高热量应用于喷气发动机、火箭发动机和制导导弹的试验材料。他们实验的目的是开发比任何已知物质更耐热、更耐热冲击的物质，即当远程导弹从令人眩晕的高空呼啸而回地球时，这种物质不会软化和流动。

最近发现的两种超级耐火材料——碳化铪和碳化钽，表明这种可能性是巨大的。这两种材料的熔点极高——分别为 7,530 华氏度和 7,020 华氏度。碳化铪似乎创下了已知物质的最高熔点。相比之下，铁的熔点仅为 2,800 华氏度，钨的熔点为 6,100 华氏度，居金属之首；而长期以来最耐高温的材料——石墨，在 6,600 华氏度左右会从固体变成蒸汽。

加州实验者的太阳炉本质上是一个巨大的燃烧玻璃，它为探索这个新开辟的极高温度领域提供了最可行的方法。当天空条件理想时，它会产生最高 8,500 华氏度的温度。在大镜子的焦点处，这种热量集中在直径为 5/16 英寸的点上。

金属像炉子上的黄油一样融化

它的强度可以轻易地在耐火砖上烧出一个洞。当一根棍子尖端放在焦点上时，钢就会像封蜡一样在火焰上融化并滴落。可移动的圆柱形遮阳罩将数千度的温度控制在一两度以内，这是精确的胜利。配备了天文驱动器的大镜子会自动转动以跟随太阳，允许进行持续数小时的实验。

最棒的是，纯净的材料样本可以经受灼热，而不会受到外来物质（如电炉中的碳）的污染。而且没有电场和磁场，也没有烟雾来干扰反应或妨碍光谱观察。

科学先驱引领潮流

在工业领域，太阳能炉已将学术长袍换成了工作服。长期以来，只有纯科学的专家才欣赏它的优点。拉瓦锡和过去的其他伟大化学家使用太阳能炉熔化金属，太阳能炉可以弥补透镜或镜子光学缺陷的尺寸。后来，这个想法似乎被遗忘了，直到最近几年才被人们所熟知。

在国外，法国几年前开始的实验使用了 78 英寸的探照灯镜（PSM 1950 年 8 月，第 122 页），现在已造出了可能是世界上最大的太阳能炉。这个位于比利牛斯山的半工业化装置使用直径 40 英尺的复合镜（由小块窗玻璃拼接而成），于 1952 年投入运行。

在这个国家，太阳能炉的首次实际使用似乎只追溯到更早一点，即第二次世界大战期间一个鲜为人知的项目。在美国铝业公司的合作下，通用汽车公司在密歇根州弗林特市为 AC 火花塞部门建造了一个 120 英寸的太阳能炉。最初，四分之一英寸铝片的 16 个反射扇区使其具有碟形热点，温度高达 2,000 度，直径为 5 英寸。战争结束后，当它变得多余时，它被转移到密苏里州堪萨斯城的罗克赫斯特学院，并被其设计师威利·康恩博士用于科学研究。他重塑了镜子以获得更小的热点和更高的温度，完善了精确控制和测量极端热量的技术。

新主人。最终版本

这是 Consolidated Vultee 现在购买的太阳能炉，经过进一步改造以适应新任务，并投入使用。顺便说一句，将炉子从堪萨斯城向南移动到圣地亚哥需要为大镜子安装一个新的支架——它像天文望远镜一样在万向架环中转动，沿着与地球旋转平行的“极轴”转动。

对于展望未来的科学家来说，太阳能炉只是利用太阳能的众多方法之一。诱人的事实是，在正午时分，地球上每平方码都会降落一马力的太阳能，可供免费使用。麻省理工学院科学学院院长乔治·R·哈里森博士最近回顾了实验者在捕获太阳能方面取得的进展。

印度有太阳能灶

直接利用太阳热量的装置，如太阳能炉，是最简单的方法，也是迄今为止最成功的方法。印度已经完善了一种太阳能炊具；现在，一个政府机构以 14 美元的价格出售这种炊具，它使用面积为平方码的圆形镜子。救生筏上的太阳能蒸馏器从海水中提炼饮用水。实验性的太阳能房屋主要或完全由太阳加热，前景看好，如果能减少必要的投资（仍然高于普通供暖厂），它将看起来更有趣。对于家庭供暖和热水，不需要镜子或透镜。平板集热器可获得高达 400 华氏度的温度，平板集热器本质上是玻璃覆盖的盒子，内衬黑色涂漆的金属，水或空气在其中循环加热。蒸汽机可以利用太阳能运行，正如史密森学会的查尔斯·G·阿伯特博士在其开创性实验中所展示的那样。但到目前为止，这种方法还是很昂贵的——一台装有足够大镜子的艾博特锅炉可能要花费 1,000 美元左右，镜子可以产生 2 马力的功率。而能够以比传统类型更低的温度高效运行的热机，省去镜子的成本和复杂性，则是另一回事了。这是发明家们要研究的东西。

阳光转化为电能？

通用汽车公司研发主管查尔斯·凯特林不久前展示了一款微型“太阳能发动机”，展示了未来将阳光直接转化为电能的可能性。当蜡烛火焰加热布满绞合线的管子，或当灯光照射到光伏电池组上时，就能产生足够的电流来驱动发动机。

将铜线和银线的两端扭在一起，加热两个接头之一，就会产生电流。这就是热电偶用于操作电高温计的温度指示表的效果。通过连接许多热电偶并加热一组接头，电压和电流可以成倍增加。因此，在想象中，很容易想象一个太阳能发电站，其中数英亩的热电偶将太阳光转化为免费的千瓦。问题是它们作为能量转换器的效率非常低，尽管改进的热电偶合金最近已大大提高了这一数字。

与仅控制外部电源电流的光电池不同，光伏电池在光照时实际上会产生电流。相机风扇的光度计采用光伏电池，而这种类型的硒或氧化铜电池可以将某些波长的光的 12% 转化为电能，其总体效率与热电偶相比较低。最终这个数字可能会有所改善，但正如哈里森博士讽刺地评论的那样，“科学家必须更好地理解物质和能量，然后我们才能指望用车库屋顶上的热电或光电发电机为汽车电池充电。”

改善自然方式

利用太阳能还有一条化学途径——早在人类开始研究这一问题之前，大自然就已尝试并证明了这一途径。我们所用能源中，除了 5% 以外，包括我们燃烧的煤炭和我们吃的食物，都曾通过植物的光合作用储存起来，植物从太阳中吸收了这些能源。我们能不能做得更好，除了在农场和种植园里种植小麦、玉米或甘蔗，让大自然顺其自然？有些人认为可以。

不久前，马萨诸塞州剑桥市为华盛顿卡内基研究所收获了一批重达 100 磅的干燥微型植物，这或许就是对未来的预示。

这种奇特的产品由无数种名为小球藻的单细胞藻类组成。它们生长在含有适当盐分的水中，在塑料管中与二氧化碳气体一起循环，阳光则透过管壁照射进来。

专家预测，通过在水箱中培育小球藻，而不是在土壤中种植，一英亩土地的粮食产量可以增加很多倍。我们确信，干燥或冷冻的产品会形成一种具有“微妙的草味”的营养糊状物。如果我们的味觉还不够发达，无法接受这种超现代的食物，我们可以用它喂牛或家禽，并得到丰盛的传统牛排或炖肉作为奖励。