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太阳常数是如何计算出来的?能用同样的方法计算出某行星到达地球的辐射能量吗?

太阳常数是如何计算出来的?能用同样的方法计算出某行星到达地球的辐射能量吗?

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2006-04-26

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    在地球大气外距离太阳一个天文单位的地方,垂直于太阳光束方向的单位面积上在单位时间内接收到的所有波长的太阳总辐射能量。通常用符号S来表示,单位为卡/(厘米立方•分钟),或瓦/立方米。
  它随波长的分布称为“大气外太阳分光辐照”,其单位常用瓦/(立方厘米•微米)表示。  太阳辐射的能量主要集中于可见光波段,因此太阳常数涉及的波段并不太宽,0。2~10。
  0微米波段的辐射已占太阳常数的 99。9%,其中 0。3~3。0微米就占97%左右。精确测定太阳常数和大气外太阳分光辐照,不仅对于研究太阳和地球大气结构十分重要,而且还可应用于气象、航天、太阳能利用和环境科学等许多领域。
    太阳常数约为1。97卡/(厘米平方•分钟)。   精确测定太阳常数比较困难,原因是必须考虑地球大气对太阳辐射的吸收效应。目前所用的测量方法基本上有以下两种。
     地面分光和总辐射测量法 在地面(一般都在大气稀薄的高山上)用太阳分光辐射仪测定太阳在不同高度(不同大气质量)时辐射强度随波长的相对分布(称为相对分光辐照),观测达到的波段范围大约为0。
    295~2。5微米。与此同时,用一架绝对能量标度的太阳总辐射仪测定同样波段的总辐射能量,作为上述相对分布的绝对能量定标。然后,对每一波长按照指数消光定律外推得到地球大气外的太阳分光辐照,再对波长积分就得到大气外0。
  295~2。5微米波段的太阳辐射能量(必须进行分光测量是因为指数消光定律只适用于单色辐射)。  至于波长短于0。295微米和大于2。5微米的太阳辐射,则因地球大气中臭氧、水汽和其他大气分子的强烈吸收,不能到达地面,只能利用高空探测或理论推算得到。
  把所有波长的能量加在一起,并作日地距离改正后,即得到太阳常数。也可以用飞机(约在11~13公里高度)进行太阳分光和总辐射测量,要作的大气吸收改正量比高山测量为小,但也存在一些问题,如需作飞机窗口改正,观测的时间太短和大气质量的变化范围太小,因而具有随机性和不利于外推等等。
       高空总辐射测量法 在几十公里以上的高空直接测量太阳的总辐射来获得太阳常数。例如,在高空火箭(60公里以上高度)、人造卫星和宇宙飞船上测量太阳辐射,便无需作大气消光改正,测得的结果作日地距离改正后即为太阳常数。
  如果用气球在20~40公里的高空测量辐射,仍然需要作很小的大气消光改正。  其中的波长短于0。295微米的辐射因被高度约为 12~50公里的大气臭氧层所吸收,仍然观测不到,它们的辐射能量也只能采用火箭观测结果或者进行理论推算。
     太阳常数的观测已有七十多年历史。六十年代以前多用经典的地面测量方法,美国史密森天文台的艾博特等人从二十世纪初到五十年代曾经进行长期和大量的测量。  六十年代以后,由于高空技术的发展,更多地采用高空测量。
  在太阳常数的测量和推算中,由于所用的仪器设备、观测步骤、观测点的大气条件和大气消光改正的方法等各不相同,同时在绝对标度校准和不同标度系统换算上也往往存在误差,因此得到的最终结果很不一致。   太阳常数本身是否变化的问题,至今仍未研究清楚。
    太阳表面活动在辐射方面引起的瞬间变化(例如太阳耀斑引起的辐射增强)至少比太阳常数小4个数量级,完全可以忽略,因此太阳常数的变化是指太阳总辐射能量的平稳缓慢变化。五十年代以前史密森天文台在长达半个世纪所作的测量表明,其变化在观测精度(±1%)之内。
  1969年发射的行星际探测器“水手”6号和7号以及1975年发射的人造卫星“雨云”6号的观测结果,分别表明其变化范围不超过仪器的测量精度的0。  25%和0。20%。最近的研究还表明1969~1975年间太阳常数的变化不超过0。
  75%。因此,目前并不排除有小于1%的变化。 。

2006-05-08

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    大气圈上限每单位面积所获得的日射强度值称为太阳常数。太阳常数可以计算出来,它差不多等于2克·卡/厘米2·分,即每分钟每平方厘米表面获得的辐射能将1克水的温度升高2℃(即相当于每平方米1。
  4千瓦)。从事实来看,这个术语似乎是不恰当的,因为正如黑子活动所表明的,辐射是有变化的,尽管变化仅约l-2%。  此外,地球环绕太阳的轨道为椭圆形,因而地球于 7月 4日位于离太阳最远的一点(这一位置叫做远日点,距离为 1。
  52亿公里即 0。945亿英里),1月3日位于离太阳最近的一点(叫近日点,距离为1。47亿公里即0。915亿英里)。因此,在近日点获得的太阳能数量约多6%,而且,当北半球冬季发生这种情况时,这一季节似乎应当比南半球略微温和些。
    实际上,其他因素特别是由于轨道呈椭圆形弯曲,地球沿着轨道运动的速度在12月、l月较快,以及北半球巨大的陆地面积等,完全掩盖了这种作用。 。

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