太陽定数

太陽定数は、単位面積当たりの平均太陽光放射（太陽放射照度）を測定する磁束密度である。 これは、太陽からの1つの天文単位（AU）（太陽から地球までのおおよその距離）の、光線に垂直な面で測定されます。

太陽定数は、可視光だけでなく、あらゆる種類の太陽放射を含む。 これは、衛星によって、太陽光の最小値で1.361キロワット/平方メートル（kW / m2）、ソーラー最大値で約0.1％（約1.362kW / m2）と測定されます。

太陽の「定数」は現代CODATAの科学的意味において物理定数ではない。 つまり、物理学では絶対に一定であるプランク定数や光の速度とは異なります。 太陽定数は、変化する値の平均である。 過去400年の間に変化したのは0.2％未満です。

式
太陽定数を計算するには 、太陽が放出するエネルギーの流れを、太陽の表面と太陽の表面との間の面積の比で除算すれば十分です  （ソーラー電波）とラジオ圏の電波  （天文学的な単位）。 実際に衛星によって測定されるこの値を得るためには、有効温度として使用すべきである  ）Del Sol 5776に値Kをセットする。

太陽定数はで表すことができます  。 これを行うには、7月1日= 0.24カロリー、1分= 60秒、1m ² = 10 ⁴ cm ²
。
1日に大気の上部に到達するエネルギーを測定するために非常に使用されるユニットは次のとおりです。

したがって、30°N緯度での場所は、6月21日、夏至の日に1004,7ラングル/日の日照を受け取り、12月21日、冬至日に480,4ラングル/日のみを受け取ります。

一方、異なる緯度での大気上部の年間日射量を計算することができる。 ポールの場合、年間日射量は133.2キロリーン/年であり、赤道ではklangley = 1000ルンギがある320.9キロアンリヤ/年に上昇する。

計算
太陽の放射照度は、地球の大気よりも上の衛星によって測定され、次いで逆平方法を使用して調節されて、太陽​​天体を評価する1つの天文単位（AU）における太陽放射照度の大きさを推測する。 引用したおよその平均値1.3608±0.0005kW / m2は、毎分81.65kJ / m2であり、約1.951カロリー/平方センチメートル、すなわち1.951分/分である。

太陽光出力は、ほぼ一定ではありませんが、ほぼ一定です。 全太陽放射照度（TSI）のばらつきは小さく、衛星時代以前の技術では正確に検出することは困難でした（1954年に±2％）。 現在、合計太陽光出力は、（過去3年間の11年間の太陽黒点サイクルで）約0.1％変化していると測定されています。 詳細については、太陽のバリエーションを参照してください。

太陽光の光度
エネルギーは時間単位で太陽が放出するエネルギーと呼ばれます。 したがって、それは価値があります：

 。

太陽の表面の計算を行う代わりに、地球から離れた場所で太陽の表面積を計算し、太陽定数を使用する代わりに、同様の結果が得られます。 太陽によって放出される流れは、それが大きな表面に分布するため、距離とともに減少します。 地球がある距離にある球面は価値があります：

 。
したがって、太陽の光度は価値があります：

類似の結果は、以下の推論によって計算を行うことによって得られる：

太陽から見た地球の角直径は約1 / 11,700ラジアンなので、太陽からの地球の立体角は1 / 175,000,000ステラジアンです。 これは、地球が太陽が放出する2000億放射の一部（約3.6×10 ²⁶W）のみを傍受することを意味します。

太陽定数には、目に見えるだけでなく、あらゆる種類の放射線が含まれます。 太陽定数は、その値が-26.8である太陽の見かけの大きさ（視聴者が受ける明るさの強度）に関係する。 両方のパラメータは太陽の観測可能な明るさを表すようになるので、大きさは可視スペクトルのみを参照します。

歴史的測定
1838年、クロードプイレットは太陽定数の最初の推定をしました。 彼が開発した非常に単純な熱衡平計を用いて、現在の推定値に近い1.228kW / m2の値を得た。

1875年、ジュール・ビオレールはプイレットの研究を再開し、フランスのモンブランで行った測定に基づいて、1.7kW /m²というやや大きな見積もりを提供しました。

1884年に、Samuel Pierpont Langleyはカリフォルニア州のホイットニー山から太陽定数を推定しようとしました。 さまざまな時間帯に測定値を読み取ることによって、彼は大気吸収による影響を補正しようとしました。 しかし、彼が提案した最終的な値は2.903kW / m2であり、非常に大きかった。

1902年から1957年の間に、チャールズグリーリーアボットと様々な高所のサイトでの測定値は、1.322〜1.465kW / m2の間の値を見出した。 アボットは、ラングレーの訂正の一つが誤って適用されていることを示しました。 アボットの結果は、1.89~2.22カロリー（1.318~1.548kW / m2）の間で変動し、これは地球の大気ではなく太陽に起因するように見える。

1954年に太陽定数は2.00 cal / min / sq cm±2％と評価されました。 現在の結果は約2.5％低くなっています。

他の測定値との関係

ソーラー放射照度
太陽からの地球との距離が変化するため、大気上部の実際の直接太陽放射量は、年間で約6.9％変動します（1月の1.412 kW / m2から7月初めの1.321 kW / m2に変動します）。毎日0.1％以下です。 したがって、地球全体（127,400,000km²の断面積を有する）については、電力は1.730×1017W（または173,000テラワット）、プラスまたはマイナス3.5％（年間約6.9％の半分）である。 太陽定数は長期間（太陽変動を参照）一定ではありませんが、1年以上にわたって太陽定数は大気の上部で測定される太陽放射照度よりもはるかに小さくなります。 これは太陽定数が1天文単位（AU）の一定距離で評価され、太陽放射が地球の軌道の偏心によって影響を受けるからです。 太陽との距離は、毎日、天頂で147.1~106km、近日点で152.1~106kmの間で変化します。

地球はその断面積（π•RE²）によって決定される全放射量を受け取るが、回転するにつれてこのエネルギーは全表面積（4•π•RE²）に分布する。 したがって、太陽の平均入射太陽放射は、光線が当たる角度と太陽の放射線を受けない瞬間のいずれかの瞬間の太陽角度を考慮すると、太陽定数（約340W / m2）の4分の1です。 地球表面に到達する量（日射量）は、大気のアテンションによってさらに減少します。 いずれの瞬間においても、地表上の場所で受け取られる太陽放射の量は、大気の状態、場所の緯度、および時刻に依存する。

見かけの大きさ
太陽定数には、可視光だけでなく、太陽電磁放射のすべての波長が含まれます（「電磁スペクトル」を参照）。 これは、太陽の見かけの大きさ-26.8と正の相関があります。 太陽定数と太陽の大きさは、太陽の見た目の明るさを表す2つの方法ですが、大きさはSunの視覚的出力のみに基づいています。

太陽の総放射能
太陽から見た地球の角直径は約1 / 11,700ラジアン（約18アーク秒）であり、太陽から見た地球の立体角は約1 / 175,000,000のステラジアンであることを意味する。 したがって、サンは、地球に捕捉された放射線量の約22億倍、換言すれば約3.86×1026ワットを放出する。

過去の太陽放射照度の変化
宇宙ベースの太陽放射照度の観測は1978年に始まった。これらの測定は、太陽定数が一定ではないことを示している。 それは11年間の太陽黒点の太陽周期によって異なります。 さらに時間を追うと、過去400年間の黒点や10,000年前の宇宙原性放射性核種を使って放射照度の再構築に頼らざるを得ません。 このような再構成は、太陽放射照度が明確な周期性によって変化することを示している。 これらのサイクルは、11年（Schwabe）、88年（Gleisbergサイクル）、208年（DeVriesサイクル）および1000年（Eddyサイクル）である。

何十億年もの間、太陽は徐々に拡大しており、結果としてより大きな表面積からより多くのエネルギーを放出しています。 数十億年前、太陽の光度が現在の値の70％に過ぎなかった時に、地球上の液体水の明確な地質学的証拠をどのように説明するかという未解決の問題は、暗い若い太陽のパラドックスとして知られています。

大気条件による変動
雲のない空でさえ、部分的に反射され、大気に吸収されるので、多くの場合、太陽エネルギーの多くは約75％が地球の表面に到達します。 明るい巻雲でさえもこれを50％に、強く巻いた雲を40％に減らします。 したがって、表面に到着する太陽エネルギーは、巻雲がある場合は550W / m2から晴れた空がある場合は1025W / m2に変化する可能性があります。

変化
太陽から放出された放射線は必ずしも一定ではありませんが、活動のサイクルとして記述された非常に小さな振幅と周期的な振動のカオス的な変動と、太陽の明るさがその歴史のなかでゆっくりと成長する傾向の変化に苦しんでいます。

周期的な変動は、異なる期間（持続時間）のいくつかの振動からなるようであり、そのうちの最もよく知られているものは、光球における豊富な黒点の変動の周期として現れる11年間のものである。 最近のサイクルでは、0.1％の範囲内で太陽光の明るさが変化しています。 しかし、マウンダーの最小値から、1650年から1700年の間に斑点のない時間、日射量は0.6％まで増加する可能性がある。

サンの発展の理論的モデルは、約3億年前、ソーラーシステムがその年齢の3分の1に過ぎなかったときに、太陽が現在放出しているエネルギーの75％しか放出しなかったことを意味します。 大気の組成は非常に異なっており、温室効果ガス、特に二酸化炭素（CO ₂ ）とアンモニア（NH ₃ ）がはるかに豊富であったため、地球の気候はこのデータよりも冷たくなかった。

周期的性質の他の変化は、地球の軌道パラメータ、特に離心率と関連している。 これは、長期的に受け取った平均エネルギーには影響しませんが、季節変動に影響します。 現在、地球は1月初めに近日点に近づき、北半球が南よりも多くの太陽エネルギーを集める冬至とほぼ一致しています。 しかし、近日点（および頂点）の日付は非常に長い期間で変動する。
いずれにしても、地球の軌道の偏心は比較的小さいが、火星やとりわけ冥王星（現在は「矮星」と呼ばれる）などの他の惑星では大きくなっている。 これらの中で、1年の異なる時期に傍受されるエネルギーの差はかなり大きくなる可能性があります。 次の表は、ソーラーシステムの惑星の平均距離に基づいて計算された惑星の太陽定数を示しています。

関連性
太陽定数の値とその相対的安定性は、最も重要な地上プロセスの多くにとって基本的なものです。特に、気候、外部の地質学的過程、人生の決定のために。 人類の未来にとっても、少なくとも再生可能エネルギーの技術開発に依存しているからです。

異なる惑星の太陽定数
太陽によって放出される流れは、それが大きな表面に分布するため、距離とともに減少します。 {  地球（1天文単位）からの距離の太陽定数と、任意の太陽惑星のUAで表される距離rのKとの間には、太陽光の輝度が変化しないことが真である。

つまり、

たとえば、太陽定数から1.5236 AU離れた惑星の火星が価値があるとします：

異なる惑星の実効温度
異なる惑星の実効温度を計算するためには、陸上放射平衡の計算が行われなければならないが、惑星については一般化されなければならない。 各惑星は、その温度から放射するエネルギーと同じエネルギーを太陽から傍受することによって平衡に達していると仮定されている。

 ここでrは惑星の半径です。

 それはアルベドにある

その理由は、惑星の一部だけが太陽エネルギーと交差し、惑星の全表面がそれを放射するからです。

吸収され放射されるエネルギーが熱平衡によって等しくなると、結果は次のようになります。

数式の評価は、惑星の異なる有効温度を与える。 大気と雲は短波太陽放射の一部を反射し、惑星の熱放射によって放出される長波は温室効果ガスによって部分的に吸収されるため、これらの温度を表面温度と混同しないでください。金星の場合、火星の場合のように大気が薄ければ、それほど大きな違いはないはずです。