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太陽常數

二月 01, 2023

太陽常數是太陽電磁輻射的通量，也就是距離太陽一天文單位處（約為地球離日平均距離），單位面積受到垂直入射的平均太陽輻射強度。太陽常數包括所有形式的太陽輻射，不是只有可見光。由人造衛星測出的最小值約1.361 kW/m²，最大值約為1.362 kW/m²，差了1%[1]。太陽常數並不是科學技術數據委員會頒布的真正不變的物理常數，而只是一個變動值的平均，在過去400年間變動小於0.2%[2]。

在大氣層頂的太陽光譜，橫軸是波長

計算

先由位於地球大氣層頂端的人造衛星測量太陽輻射的強度[3]，再利用平方反比定律將距離調整為一天文單位以得出太陽常數[4]。測得平均值約為1.3608±0.0005 kW/m²，也就是每分鐘81.65 kJ/m²，或是每分鐘1.951蘭利。

太陽輻射輸出幾乎是常數，其變動值很小，在人造衛星出現之前很難精確偵測（在1954年為±2%），現今測量值約在0.1%範圍波動（過去三次太陽黑子十一年週期的平均）[5]，可參見太陽週期。

歷史

1838年，法国物理学家Claude Pouillet，利用自製的簡陋直射太陽輻射計，第一次试图直接测定太阳常数，得到數值1.228 kW/m²，[6]與現代估計相符。

1875年，法国物理学家Jules Violle接續了Pouillet的工作，根據他在法國勃朗峰的測量得出了較大的測量值 1.7 kW/m²。

1884年，塞繆爾·彭爾龐特·蘭利在加州的惠特尼山嘗試測量太陽常數，並經由在不同的日子與時刻進行測量，以試圖校正地球大氣層吸收的影響。但他最後得到的數值2.903 kW/m²明顯過大。

在1902年至1957年間，查理斯·艾博特和其他人在幾個高海拔地區測量出介於1.322 kW/m²及1.465 kW/m²的數值。艾博特證明蘭利所使用的其中一個校正項是錯誤的。艾博特的結果約在1.318 kW/m²及1.548 kW/m²間波動，這波動來自於太陽本身而非地球的大氣[7]。

在1954年，太陽常數估計為2.00 cal/min/sq cm ± 2%[8]。現行數值低了約2.5%。

與其它測量值的關係

太陽輻射

参见：地球能量收支

地球大氣頂端接受到的太陽輻射會因為地日距離的不同，而在一年裡上下變動約6.9%（從二月上旬的1.412 kW/m²到七月上旬的1.321 kW/m²），但逐日變動通常小於0.1%。全地球（地球截面積約為127,400,000 km²）接受到的能量為1.730×1017 W±3.5%[9]。太陽常數會在長時間內變動（參見太陽週期），但在一年內其變動比大氣頂端受到的太陽輻射小得多。這是因為太陽常數是在一天文單位處測量，但是地球受到的太陽輻射會受到地球軌道離心率的影響。地日距離以一年為單位變化，在近日點時約為147.1·106公里，在遠日點時約為152.1·106公里。

地球受到的總輻射還取決定地球的截面積（π·RE²），隨著地球轉動，地球受到的能量會散布在全地球表面（4·π·RE²）。若將未受到太陽照射的那一半也納入考量的話，平均而言地表受到的能量是太陽常數提供的四分之一（約為340 W/m²）。真正到達地表的能量還會受到大氣吸收的影響，一般而言地表受到的太陽輻射會隨著天氣狀況、緯度及時刻而變。

視星等

太陽常數包括所有形式的太陽電磁輻射，不是只有可見光的範圍（參見電磁頻譜），太陽的視星等為-26.8等和太陽常數有正相關。太陽常數和太陽的星等是描述太陽亮度的兩種方法，但是視星等只與太陽的可見光輸出有關。

太陽總輻射

從太陽看地球的角直徑只有1/11,000弧，所以從太陽看地球的立體角只有1/175,000,000 球面度。因此，太陽輻射出的能量是地球獲得的22億倍，也就是大約 3.826×1026瓦特[10]。

過去太陽輻射的變化

從太空觀測太陽輻射始於1978年，這些觀測表明太陽常數不是常數，會隨著太陽黑子的11年週期而變。如欲追溯更遠的過去，我們必須仰賴其它的數據來重建太陽輻射的強度，像是太陽黑子可追溯400年，而宇宙輻射核種可追溯10,000年。重建結果表明太陽輻射會依不同週期而變動，包含：11年(Schwabe)、88年(Gleisberg cycle)、208年(DeVries cycle)及1,000年(Eddy cycle)[11][12][13][14][15]。

大氣環境造成的變化

太陽能量最多約75%的可到達地表[16]，即使在無雲的天氣，大氣也會反射及吸收太陽輻射。

相關條目

参考文献

  1. ^ Kopp, Greg; Lean, Judith L. A new, lower value of total solar irradiance: Evidence and climate significance: FRONTIER. Geophysical Research Letters. 2011-01-16, 38 (1): n/a–n/a. doi:10.1029/2010GL045777 （英语）. 
  2. ^ . SORCE. [2022-04-12]. （原始内容存档于2022-06-14）. 
  3. ^ . [2017-11-28]. （原始内容存档于2011-07-16）. 
  4. ^ Boulder-Total Solar Irradiance Data via FTP from NGDC. NGDC/WDC STP. [2017-11-28]. （原始内容于2009-05-02）. 
  5. ^ Willson, Richard C.; Hudson, Hugh S. . Nature. 1991-05, 351 (6321): 42–44 [2022-04-12]. Bibcode:1991Natur.351...42W. ISSN 0028-0836. doi:10.1038/351042a0. （原始内容存档于2022-04-12） （英语）. 
  6. ^ The measurement of the solar constant by Claude Pouillet （页面存档备份，存于互联网档案馆）, by J-L Dufresne, La Météorologie （页面存档备份，存于互联网档案馆）, No. 60, pp. 36-43, Feb. 2008.
  7. ^   本條目部分或全部内容出自公有领域：Chisholm, Hugh (编). Sun. 大英百科全书 (11th ed.). 劍橋大學出版社. 1911. 
  8. ^ Johnson, Francis S. . Journal of the Atmospheric Sciences. 1954-12-01, 11 (6): 431–439 [2022-04-12]. Bibcode:1954JAtS...11..432J. ISSN 1520-0469. doi:10.1175/1520-0469(1954)011<0431:TSC>2.0.CO;2. （原始内容存档于2022-04-12） （英语）. 
  9. ^ Archer, D. Global Warming: Understanding the Forecast. 2012. ISBN 978-0-470-94341-0. 
  10. ^ The Sun （页面存档备份，存于互联网档案馆） at nine planets.org （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  11. ^ Wang, Y.‐M.; Lean, J. L.; Sheeley, Jr., N. R. . The Astrophysical Journal. 2005-05-20, 625 (1): 522–538 [2022-04-12]. Bibcode:2005ApJ...625..522W. ISSN 0004-637X. doi:10.1086/429689. （原始内容存档于2022-05-01） （英语）. 
  12. ^ Steinhilber, F. Total solar irradiance since 1996: is there a long-term variation unrelated to solar surface magnetic phenomena?. Astronomy & Astrophysics. 2010-11, 523: A39. ISSN 0004-6361. doi:10.1051/0004-6361/200811446. 
  13. ^ Vieira, L. E. A.; Solanki, S. K.; Krivova, N. A.; Usoskin, I. Evolution of the solar irradiance during the Holocene. Astronomy & Astrophysics. 2011-07, 531: A6. Bibcode:2011A&A...531A...6V. ISSN 0004-6361. arXiv:1103.4958  . doi:10.1051/0004-6361/201015843. 
  14. ^ Steinhilber, Friedhelm; Abreu, Jose A.; Beer, Jürg; Brunner, Irene; Christl, Marcus; Fischer, Hubertus; Heikkilä, Ulla; Kubik, Peter W.; Mann, Mathias. . Proceedings of the National Academy of Sciences. 2012-04-17, 109 (16): 5967–5971 [2022-04-12]. Bibcode:2012PNAS..109.5967S. ISSN 0027-8424. PMC 3341045  . PMID 22474348. doi:10.1073/pnas.1118965109. （原始内容存档于2022-06-15） （英语）. 
  15. ^ Vieira, L. E. A.; Norton, A.; Dudok de Wit, T.; Kretzschmar, M.; Schmidt, G. A.; Cheung, M. C. M. How the inclination of Earth's orbit affects incoming solar irradiance: EFFECTS OF THE EARTH'S ORBIT ON THE TSI. Geophysical Research Letters. 2012-08-28, 39 (16): n/a–n/a. Bibcode:2012GeoRL..3916104V. doi:10.1029/2012GL052950 （英语）. 
  16. ^ Reimann, Hans-Georg; Weiprecht, Juergen Kompendium für das Astronomische Praktikum. [2017-11-28]. （原始内容于2008-07-02）. 

二月 01, 2023
太陽常數, 此條目需要擴充, 2013年2月17日, 请協助改善这篇條目, 更進一步的信息可能會在討論頁或扩充请求中找到, 请在擴充條目後將此模板移除, 是太陽電磁輻射的通量, 也就是距離太陽一天文單位處, 約為地球離日平均距離, 單位面積受到垂直入射的平均太陽輻射強度, 包括所有形式的太陽輻射, 不是只有可見光, 由人造衛星測出的最小值約1, 最大值約為1, 差了1, 並不是科學技術數據委員會頒布的真正不變的物理常數, 而只是一個變動值的平均, 在過去400年間變動小於0, 在大氣層頂的太陽光譜, 橫軸是波長, . 此條目需要擴充 2013年2月17日 请協助改善这篇條目 更進一步的信息可能會在討論頁或扩充请求中找到 请在擴充條目後將此模板移除 太陽常數是太陽電磁輻射的通量 也就是距離太陽一天文單位處 約為地球離日平均距離 單位面積受到垂直入射的平均太陽輻射強度 太陽常數包括所有形式的太陽輻射 不是只有可見光 由人造衛星測出的最小值約1 361 kW m 最大值約為1 362 kW m 差了1 1 太陽常數並不是科學技術數據委員會頒布的真正不變的物理常數 而只是一個變動值的平均 在過去400年間變動小於0 2 2 在大氣層頂的太陽光譜 橫軸是波長 目录 1 計算 2 歷史 3 與其它測量值的關係 3 1 太陽輻射 3 2 視星等 3 3 太陽總輻射 4 過去太陽輻射的變化 5 大氣環境造成的變化 6 相關條目 7 参考文献計算 编辑先由位於地球大氣層頂端的人造衛星測量太陽輻射的強度 3 再利用平方反比定律將距離調整為一天文單位以得出太陽常數 4 測得平均值約為1 3608 0 0005 kW m 也就是每分鐘81 65 kJ m 或是每分鐘1 951蘭利 太陽輻射輸出幾乎是常數 其變動值很小 在人造衛星出現之前很難精確偵測 在1954年為 2 現今測量值約在0 1 範圍波動 過去三次太陽黑子十一年週期的平均 5 可參見太陽週期 歷史 编辑1838年 法国物理学家Claude Pouillet 利用自製的簡陋直射太陽輻射計 第一次试图直接测定太阳常数 得到數值1 228 kW m 6 與現代估計相符 1875年 法国物理学家Jules Violle接續了Pouillet的工作 根據他在法國勃朗峰的測量得出了較大的測量值 1 7 kW m 1884年 塞繆爾 彭爾龐特 蘭利在加州的惠特尼山嘗試測量太陽常數 並經由在不同的日子與時刻進行測量 以試圖校正地球大氣層吸收的影響 但他最後得到的數值2 903 kW m 明顯過大 在1902年至1957年間 查理斯 艾博特和其他人在幾個高海拔地區測量出介於1 322 kW m 及1 465 kW m 的數值 艾博特證明蘭利所使用的其中一個校正項是錯誤的 艾博特的結果約在1 318 kW m 及1 548 kW m 間波動 這波動來自於太陽本身而非地球的大氣 7 在1954年 太陽常數估計為2 00 cal min sq cm 2 8 現行數值低了約2 5 與其它測量值的關係 编辑太陽輻射 编辑 参见 地球能量收支 地球大氣頂端接受到的太陽輻射會因為地日距離的不同 而在一年裡上下變動約6 9 從二月上旬的1 412 kW m 到七月上旬的1 321 kW m 但逐日變動通常小於0 1 全地球 地球截面積約為127 400 000 km 接受到的能量為1 730 1017 W 3 5 9 太陽常數會在長時間內變動 參見太陽週期 但在一年內其變動比大氣頂端受到的太陽輻射小得多 這是因為太陽常數是在一天文單位處測量 但是地球受到的太陽輻射會受到地球軌道離心率的影響 地日距離以一年為單位變化 在近日點時約為147 1 106公里 在遠日點時約為152 1 106公里 地球受到的總輻射還取決定地球的截面積 p RE 隨著地球轉動 地球受到的能量會散布在全地球表面 4 p RE 若將未受到太陽照射的那一半也納入考量的話 平均而言地表受到的能量是太陽常數提供的四分之一 約為340 W m 真正到達地表的能量還會受到大氣吸收的影響 一般而言地表受到的太陽輻射會隨著天氣狀況 緯度及時刻而變 視星等 编辑 太陽常數包括所有形式的太陽電磁輻射 不是只有可見光的範圍 參見電磁頻譜 太陽的視星等為 26 8等和太陽常數有正相關 太陽常數和太陽的星等是描述太陽亮度的兩種方法 但是視星等只與太陽的可見光輸出有關 太陽總輻射 编辑 從太陽看地球的角直徑只有1 11 000弧 所以從太陽看地球的立體角只有1 175 000 000 球面度 因此 太陽輻射出的能量是地球獲得的22億倍 也就是大約 3 826 1026瓦特 10 過去太陽輻射的變化 编辑從太空觀測太陽輻射始於1978年 這些觀測表明太陽常數不是常數 會隨著太陽黑子的11年週期而變 如欲追溯更遠的過去 我們必須仰賴其它的數據來重建太陽輻射的強度 像是太陽黑子可追溯400年 而宇宙輻射核種可追溯10 000年 重建結果表明太陽輻射會依不同週期而變動 包含 11年 Schwabe 88年 Gleisberg cycle 208年 DeVries cycle 及1 000年 Eddy cycle 11 12 13 14 15 大氣環境造成的變化 编辑太陽能量最多約75 的可到達地表 16 即使在無雲的天氣 大氣也會反射及吸收太陽輻射 相關條目 编辑太阳光 太阳风 輻照度 太陽週期表 太阳活动 太阳系的形成与演化 太陽生命週期 恆星演化 與太陽有關的條目 地球能量收支参考文献 编辑 Kopp Greg Lean Judith L A new lower value of total solar irradiance Evidence and climate significance FRONTIER Geophysical Research Letters 2011 01 16 38 1 n a n a doi 10 1029 2010GL045777 英语 Total Solar Irradiance Data SORCE 2022 04 12 原始内容存档于2022 06 14 人造衛星之太陽輻射測量值 2017 11 28 原始内容存档于2011 07 16 Boulder Total Solar Irradiance Data via FTP from NGDC NGDC WDC STP 2017 11 28 原始内容存档于2009 05 02 Willson Richard C Hudson Hugh S The Sun s luminosity over a complete solar cycle Nature 1991 05 351 6321 42 44 2022 04 12 Bibcode 1991Natur 351 42W ISSN 0028 0836 doi 10 1038 351042a0 原始内容存档于2022 04 12 英语 The measurement of the solar constant by Claude Pouillet 页面存档备份 存于互联网档案馆 by J L 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of the solar irradiance during the Holocene Astronomy amp Astrophysics 2011 07 531 A6 Bibcode 2011A amp A 531A 6V ISSN 0004 6361 arXiv 1103 4958 doi 10 1051 0004 6361 201015843 Steinhilber Friedhelm Abreu Jose A Beer Jurg Brunner Irene Christl Marcus Fischer Hubertus Heikkila Ulla Kubik Peter W Mann Mathias 9 400 years of cosmic radiation and solar activity from ice cores and tree rings Proceedings of the National Academy of Sciences 2012 04 17 109 16 5967 5971 2022 04 12 Bibcode 2012PNAS 109 5967S ISSN 0027 8424 PMC 3341045 PMID 22474348 doi 10 1073 pnas 1118965109 原始内容存档于2022 06 15 英语 引文格式1维护 PMC格式 link Vieira L E A Norton A Dudok de Wit T Kretzschmar M Schmidt G A Cheung M C M How the inclination of Earth s orbit affects incoming solar irradiance EFFECTS OF THE EARTH S ORBIT ON THE TSI Geophysical Research Letters 2012 08 28 39 16 n a n a Bibcode 2012GeoRL 3916104V doi 10 1029 2012GL052950 英语 Reimann Hans Georg Weiprecht Juergen Kompendium fur das Astronomische Praktikum 2017 11 28 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