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太阳常数

進入地球大氣的太陽輻射在單位面積內的總量

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。由人造卫星测出在太阳极小期约为1.361 kW/m²，在太阳极大期约为1.362 kW/m²，差了0.1%[1]。太阳常数包括所有形式的太阳辐射，不是只有可见光。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]。

在大气层顶的太阳光谱，横轴是波长

计算

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

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

太阳辐射

参见：地球能量收支

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·RE²），随著地球转动，地球受到的能量会散布在全地球表面（4·π·RE²）。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

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

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

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

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。

相关条目

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. ^ Total Solar Irradiance Data. SORCE. [2022-04-12]. （原始内容存档于2022-06-14）. 
  3. ^ 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）. 
  4. ^ 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）. 
  5. ^ 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）. 
  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. ^   此句或之前多句包含来自公有领域出版物的文本: Chisholm, Hugh (编). Sun. Encyclopædia Britannica (第11版). London: Cambridge University Press. 1911. 
  8. ^ Johnson, Francis S. THE SOLAR CONSTANT. 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. Modeling the Sun’s Magnetic Field and Irradiance since 1713. 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. 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）. 
  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]. （原始内容存档于2008-07-02）. 
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