太阳温度怎么测的(太阳的温度是如何测量的)
太阳温度怎么测的(太阳的温度是如何测量的)δ:斯特藩-玻尔兹曼常数(δ=5.67*10^-8W/m²K^4);E:物体在温度T时单位面积和单位时间的辐射总能量;斯特藩-玻尔兹曼定律:一个黑体表面单位面积在单位时间内辐射出的总能量与黑体本身的热力学温度T (绝对温度)的四次方成正比。公式:E=δεT^4
说起温度,我们基本都能想到可以通过温度计测量,不过太阳表面的温度非常高,目前我们人类所能制造出的所有材料在这种温度下都会发生熔化,更不要说温度计了。而且太阳距离地球非常遥远,直接通过工具测量非常的不现实,那么太阳温度是如何测量出来的呢。
为了测量太阳的温度,我们需要了解下黑体辐射的概念以及斯特藩-玻尔兹曼定律。
黑体辐射:任何温度高于绝对0度的物体,都会不断的以各种频率的电磁波形式向外发散能量,这便是辐射。所谓黑体,指的是它只吸收和辐射电磁波,但不反射电磁波。黑体来研究热辐射是一种非常理想的实验模型。
太阳反射能力非常弱,可以近似看作为黑体。
斯特藩-玻尔兹曼定律:
一个黑体表面单位面积在单位时间内辐射出的总能量与黑体本身的热力学温度T (绝对温度)的四次方成正比。
公式:E=δεT^4
E:物体在温度T时单位面积和单位时间的辐射总能量;
δ:斯特藩-玻尔兹曼常数(δ=5.67*10^-8W/m²K^4);
ε:辐射系数,物体表面辐射能力与黑体辐射能力的比值,黑体的ε=1;
T:物体的绝对温度(绝对温度T= t 273.15℃,t为相对温度,绝对温度单位K,相对温度单位℃)
从上面的公式我们可以看出,只要我们知道了太阳表面单位时间、单位面积辐射的能量,就可以算出太阳表面的温度了。
太阳表面能量我们也不好直接测量,不过我们可以通过人造卫星测得地球轨道上的每平方米面积上每秒钟接收到的太阳能量P为1361 W/m²。
由于太阳的光和热是向四周辐射的,那么太阳每秒钟辐射的总能量就等于太阳到地球距离为半径的球面上所有的能量的总和,即E(总)= S*P。(E为太阳表面辐射总能量,S为太阳到地球距离为半径的球面面积,P为地球轨道上每平方米的面积在每秒钟接收到的太阳能量)
示意图
太阳表面每秒时间辐射总能量:E(总)=4πd²* P(d为地球到太阳的距离1.5*10^8Km)
太阳表面积:S(太)=4πr²(r为太阳半径6.955*10^5 Km)
那么通过已知量,我们就可以算出太阳表面每秒每平方米的辐射能量为
E=E(总)/S(太)≈63306219 W/m²
最后我们就可以通过公式E=δεT^4,算出T≈5780K。
换算成相对温度,即测得太阳表面的温度为5507℃。
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