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太陽常數

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在大氣層頂的太陽光譜，橫軸是波長

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。由人造衛星測出在太陽極小期約為1.361 kW/m²，在太陽極大期約為1.362 kW/m²，差了0.1%[1]。太陽常數包括所有形式的太陽輻射，不是只有可見光。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]。

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，法國物理學家Claude Pouillet，利用自製的簡陋直射太陽輻射計，第一次試圖直接測定太陽常數，得到數值1.228 kW/m²，[6]與現代估計相符。

1875年，法國物理學家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

參見：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

參考文獻

  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 （英語）. 
  2. ^ Total Solar Irradiance Data. SORCE. [2022-04-12]. （原始內容存檔於2022-06-14）. 
  3. ^ 人造衛星之太陽輻射測量值. [2017-11-28]. （原始內容存檔於2011-07-16）. 
  4. ^ Boulder-Total Solar Irradiance Data via FTP from NGDC. NGDC/WDC STP. [2017-11-28]. （原始內容存檔於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. （原始內容存檔於2022-04-12） （英語）. 
  6. ^ The measurement of the solar constant by Claude Pouillet （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, by J-L Dufresne, La Météorologie （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, No. 60, pp. 36-43, Feb. 2008.
  7. ^ Public Domain 此句或之前多句包含來自公有領域出版物的文本: Chisholm, Hugh (編). 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. （原始內容存檔於2022-04-12） （英語）. 
  9. ^ Archer, D. Global Warming: Understanding the Forecast. 2012. ISBN 978-0-470-94341-0. 
  10. ^ The Sun （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） at nine planets.org （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
  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. （原始內容存檔於2022-05-01） （英語）. 
  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 可免費查閱. 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 可免費查閱. PMID 22474348. doi:10.1073/pnas.1118965109. （原始內容存檔於2022-06-15） （英語）. 
  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 （英語）. 
  16. ^ Reimann, Hans-Georg; Weiprecht, Juergen Kompendium für das Astronomische Praktikum. [2017-11-28]. （原始內容存檔於2008-07-02）. 
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