太阳常数

太阳常数是太阳电磁辐射的通量，也就是距离太阳一天文单位处（约为地球离日平均距离），单位面积受到垂直入射的平均太阳辐射强度。太阳常数包括所有形式的太阳辐射，不是只有可见光。由人造卫星测出的最小值约1.361 kW/m²，最大值约为1.362 kW/m²，差了1%^[1]。太阳常数并不是科学技术数据委员会颁布的真正不变的物理常数，而只是一个变动值的平均，在过去400年间变动小于0.2%^[2]。

计算[编辑]

先由位于地球大气层顶端的人造卫星测量太阳辐射的强度^[3]，再利用平方反比定律将距离调整为一天文单位以得出太阳常数^[4]。测得平均值约为1.3608±0.0005 kW/m²，也就是每分钟81.65 kJ/m²，或是每分钟1.951兰利。

太阳辐射输出几乎是常数，其变动值很小，在人造卫星出现之前很难精确侦测（在1954年为±2%），现今测量值约在0.1%范围波动（过去三次太阳黑子十一年周期的平均）^[5]，可参见太阳周期。

历史[编辑]

1838年，法国物理学家Claude Pouillet，利用自制的简陋直射太阳辐射计，第一次试图直接测定太阳常数，得到数值1.228 kW/m²，^[6]与现代估计相符。

1875年，法国物理学家Jules Violle接续了Pouillet的工作，根据他在法国勃朗峰的测量得出了较大的测量值 1.7 kW/m²。

1884年，塞缪尔·彭尔庞特·兰利在加州的惠特尼山尝试测量太阳常数，并经由在不同的日子与时刻进行测量，以试图校正地球大气层吸收的影响。但他最后得到的数值2.903 kW/m²明显过大。

在1902年至1957年间，查理斯·艾博特和其他人在几个高海拔地区测量出介于1.322 kW/m²及1.465 kW/m²的数值。艾博特证明兰利所使用的其中一个校正项是错误的。艾博特的结果约在1.318 kW/m²及1.548 kW/m²间波动，这波动来自于太阳本身而非地球的大气^[7]。

在1954年，太阳常数估计为2.00 cal/min/sq cm ± 2%^[8]。现行数值低了约2.5%。

与其它测量值的关系[编辑]

太阳辐射[编辑]

地球大气顶端接受到的太阳辐射会因为地日距离的不同，而在一年里上下变动约6.9%（从二月上旬的1.412 kW/m²到七月上旬的1.321 kW/m²），但逐日变动通常小于0.1%。全地球（地球截面积约为127,400,000 km²）接受到的能量为1.730×10¹⁷ W±3.5%^[9]。太阳常数会在长时间内变动（参见太阳周期），但在一年内其变动比大气顶端受到的太阳辐射小得多。这是因为太阳常数是在一天文单位处测量，但是地球受到的太阳辐射会受到地球轨道离心率的影响。地日距离以一年为单位变化，在近日点时约为147.1·10⁶公里，在远日点时约为152.1·10⁶公里。

地球受到的总辐射还取决定地球的截面积（π·R_E²），随著地球转动，地球受到的能量会散布在全地球表面（4·π·R_E²）。若将未受到太阳照射的那一半也纳入考量的话，平均而言地表受到的能量是太阳常数提供的四分之一（约为340 W/m²）。真正到达地表的能量还会受到大气吸收的影响，一般而言地表受到的太阳辐射会随著天气状况、纬度及时刻而变。

视星等[编辑]

太阳常数包括所有形式的太阳电磁辐射，不是只有可见光的范围（参见电磁频谱），太阳的视星等为-26.8等和太阳常数有正相关。太阳常数和太阳的星等是描述太阳亮度的两种方法，但是视星等只与太阳的可见光输出有关。

太阳总辐射[编辑]

从太阳看地球的角直径只有1/11,000弧，所以从太阳看地球的立体角只有1/175,000,000 球面度。因此，太阳辐射出的能量是地球获得的22亿倍，也就是大约 3.826×10²⁶瓦特^[10]。

过去太阳辐射的变化[编辑]

从太空观测太阳辐射始于1978年，这些观测表明太阳常数不是常数，会随著太阳黑子的11年周期而变。如欲追溯更远的过去，我们必须仰赖其它的数据来重建太阳辐射的强度，像是太阳黑子可追溯400年，而宇宙辐射核种可追溯10,000年。重建结果表明太阳辐射会依不同周期而变动，包含：11年(Schwabe)、88年(Gleisberg cycle)、208年(DeVries cycle)及1,000年(Eddy cycle)^[11]^[12]^[13]^[14]^[15]。

大气环境造成的变化[编辑]

太阳能量最多约75%的可到达地表^[16]，即使在无云的天气，大气也会反射及吸收太阳辐射。

参考文献[编辑]

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