太阳与太阳辐射

太阳是地球上能源的根本。太阳是一个炽热的气态球体，它的内部由三个区组成。最里面的是核心区，往外是辐射区，再外是对流区；对流区以外是大气层。太阳的大气层分为三个层，第一层是光球层，光球层以外是色球层，色球层以外是日冕层。核心区的半径约为0.23×106 km，温度为8×106～40×106℃，它的直径约为1.39×106 km，质量约为2.2×1027 t，为地球质量的3.32×105倍，体积则比地球大1.3×106倍，平均密度为地球的1/4。其主要组成气体为氢（78.7%）和氦（19.8%），其余的1.5%由种类繁多的金属和其他元素组成。由于太阳内部持续进行着氢聚合成氦的核聚变反应，所以不断地释放出巨大的能量，并以辐射和对流的方式由核心向表面传递热量，温度也从中心向表面逐渐降低。由核聚变可知，氢聚合成氦在释放巨大能量的同时，每克质量将亏损0.007 29 g。根据目前太阳产生核能的速率估算，其氢的储量足够维持600亿年，因此太阳能可以说是用之不竭的。

在太阳中心点至0.2太阳半径的区域内是太阳的内核，其温度为8×106～4×107 K，密度为水的80～100倍，占太阳全部质量的40%，占总体积的15%。这部分产生的能量占太阳产生总能量的90%。氢聚合时放出γ射线，当它经过较冷区域时，由于消耗能量，波长增长，变成X射线或紫外线及可见光。从0.23～0.7 R的区域称为“辐射输能区”，温度降到1.3×105 K，密度下降到0.079 g/cm3。0.7～1.0 R之间称为“对流区”，温度下降到5×103 K，密度下降到10－8 g/cm3。太阳的外部是一个光球层，它就是人们肉眼所看到的太阳表面，其温度为5762 K，厚约500 km，密度为10－6 g/cm3，它是由强烈的电离气体组成的，太阳能绝大部分辐射都是由此向太空发射的。光球外面分布着不仅能发光，而且几乎是透明的太阳大气，称之为“反变层”，它是由极稀薄的气体组成的，厚数百千米，它能吸收某些可见光的光谱辐射。“反变层”的外面是太阳大上层，称之为“色球层”，厚1×104～1.5×104 km，大部分由氢和氦组成。“色球层”外是伸入太空的银白色日冕，温度高达100万摄氏度，高度有时达几十个太阳半径。

从太阳的构造可见，太阳并不是一个温度恒定的黑体，而是一个多层的有不同波长发射和吸收的辐射体。不过在太阳能利用中通常将它视为一个温度为6000 K，发射波长为0.3～3μm的黑体。

太阳辐射是地球表层能量的主要来源。太阳辐射在大气上界的分布是由地球的天文位置决定的，因此称为天文辐射。由天文辐射决定的气候称为天文气候。天文气候反映了全球气候的空间分布和时间变化的基本轮廓。太阳辐射随季节变化呈现有规律的变化，形成了四季。除太阳本身的变化外，天文辐射能量主要取决于日地距离、太阳高度角和昼长。地球绕太阳公转的轨道为椭圆形，太阳位于两个焦点中的一个焦点上。因此，日地距离时刻在变化。每年1月2—5日经过近日点，7月3—4日经过远日点。地球上接收到的太阳辐射的强弱与日地距离的平方成反比。