关于太阳常数介绍

[拼音]：taiyang changshu

[外文]：solar constant

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2·分钟），或瓦/米2。它随波长的分布称为“大气外太阳分光辐照”，其单位常用瓦/（厘米2·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2·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。

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。

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。例如，1954年F.S.约翰逊主要根据五十年代以前的地面观测结果整理，得到S=2.00卡/（厘米2·分钟），这一数值在五十年代和六十年代曾被广泛引用；1971年拉布斯和内克尔综合六十年代地面和高空测量结果，得到S=1.95卡/（厘米2·分钟）；1977年弗罗利希详细研究了1966～1976年间的高空观测结果和进行标度换算之后，得到了最可几值为1.97卡/（厘米2·分钟）。

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。

参考书目

1. O. R. White ed.，The Solar Output and its Variation，Colorado Associated Univ.Press，Boulder，1977.

参考文章

• 太阳常数是什么？新能源技术