如何计算太阳表面温度?
对于温度高于0 K的任何物体(就像任何已知物体一样),它们会辐射特定的电磁波,其电磁频谱的形状取决于温度。例如,当一块铁被加热时,它的温度会不断上升,它的电磁光谱特性会不断变化,相应的颜色也会随之变化。铁在低温下呈红色,在高温下呈白色。
对于黑体(完全吸收电磁波的理想物体),其电磁波在任何温度下的发射率和波长之间的关系可以用普朗克黑体辐射定律来描述(如上所示)。虽然黑体只是一个理想物体,但恒星和黑体的相似性高达99.9%,因此恒星可以被视为黑体,它们也将遵循普朗克定律。
通过测量太阳在不同波段辐射的电磁波强度,可以绘制太阳的电磁频谱曲线,然后将该曲线与普朗克黑体辐射定律给出的理论曲线拟合,从而确定太阳表面的温度。结果表明,在5772K,即5499℃时,拟合度非常高,因此该温度就是太阳表面的温度。另一方面,根据黑体辐射的原理,也可以得到如下斯特凡-玻尔兹曼定律:
或
,其中l代表恒星的光度(辐射功率),R代表恒星的半径,σ代表Stefan-Boltzmann常数(5.67×10^-8 w/m^2/K^4),T代表恒星的表面温度。
你可以看到,只要你知道太阳的光度和半径,你就可以计算出太阳的表面温度。
通过在太空绕地球飞行的人造卫星,可以测量到太阳照射在地球轨道上的辐射功率s(也称太阳常数)为1361 w/m^2,即地球轨道上每平方米面积接收的太阳能为1361 J/s。
由于太阳在单位时间内向各个方向辐射的能量基本上是均匀的,所以太阳光度和太阳常数可以根据以下公式联系起来:
L=4πd^2·s
,其中d代表太阳和地球之间的距离,大小约为1.5亿公里。因此,根据上述公式计算的太阳光度为3.828×10^26 W。
根据太阳与地球之间的距离和太阳的视直径,我们可以知道太阳的半径约为6.957×10^8 m。
总结起来,通过将太阳光度和半径参数代入斯特凡-玻尔兹曼定律,太阳表面温度≈ 可计算5772 K。