太陽定数

太陽定数（IAU標準ではS☉と表記）^{[ 1 ]}_は、太陽から1天文単位離れた特定の領域が受けるエネルギー量を平均化した数式です。簡単に言うと、地球の軌道の距離で太陽から届く1平方メートルあたり毎秒のエネルギー量を測定したものです。より具体的には、単位面積あたりの平均太陽電磁放射（全太陽放射照度）を測定するフラックス密度です。これは、太陽から1天文単位（au）離れた、光線に垂直な表面（おおよそ太陽から地球までの距離）で測定されます。

太陽定数は、電磁スペクトル全体にわたる放射を含みます。衛星による測定では、太陽活動極小期（11年周期の太陽活動周期で黒点数が最小となる時期）には1平方メートルあたり1.361キロワット（kW/m² ）で^あり、太陽活動極大期にはそれより約0.1%高い値（約1.362 kW/m² ^）となっています。^{[ 2 ]} 

太陽「定数」は、現代のCODATA科学的な意味での物理定数ではありません。つまり、物理学において絶対的に一定であるプランク定数や光速とは異なります。太陽定数は変動する値の平均値です。過去 400 年間で、その変動率は 0.2 パーセント未満です。^{[ 3 ]}数十億年前は、現在よりもかなり低い値でした。これは、私たちが受ける太陽光の量が大気や海洋のプロセスに影響を与えるため重要です。

この定数は放射圧の計算に使用され、太陽帆にかかる力の計算に役立ちます。

太陽放射照度は地球の大気圏上空の衛星によって測定され、^{[ 4 ]}逆二乗法則を使用して調整され、 1天文単位（au）での太陽放射照度の大きさを推定して太陽定数を評価します。^{[ 5 ]}引用されている近似平均値^{[ 2 ]} 1.3608 ± 0.0005  kW/m ²は、毎分 81.65 kJ/m ²であり、毎分 1 平方センチメートルあたり約 1.951 カロリー、または毎分1.951ラングレーに相当します。

太陽放射量はほぼ一定ですが、完全に一定ではありません。全太陽放射照度（TSI）の変動は小さく、衛星時代以前の技術では正確に検出することが困難でした（1954年時点で±2%）。現在、全太陽放射量は（過去3回の11年周期の太陽黒点サイクルで）約0.1%変動していると測定されています。^{[ 6 ]}詳細は太陽変動を参照してください。

1838年、クロード・プイエは太陽定数の最初の推定を行った。彼が開発した非常にシンプルな日射計 を用いて、現在の推定値に近い1.228 kW/m ²という値を得た^{[ 7 ]}。

1875年、ジュール・ヴィオールはプイエの研究を引き継ぎ、フランスのモンブランで行った測定結果などを基に、 1.7kW  /m²^というやや大きな推定値を提示した。

1884年、サミュエル・ピアポント・ラングレー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試みた。彼は1日の異なる時間帯に測定値を取得することで、大気吸収による影響を補正しようとした。しかし、彼が最終的に提案した値2.903  kW/m²^は、実際よりもはるかに大きすぎた。

1902年から1957年の間に、チャールズ・グリーリー・アボットらが様々な高地で行った測定では、1.322～1.465  kW/m ²の値が得られた。アボットは、ラングレーの補正の1つが誤って適用されていたことを示した。アボットの結果は1.89～2.22カロリー（1.318～1.548 kW/m ²）の範囲で変動し、この変動は地球の大気ではなく太陽によるものと思われる。^{[ 8 ]}  

1954年には太陽定数は2.00 cal/min/cm ² ± 2%と評価された。^{[ 9 ]}現在の結果は約2.5パーセント低い。

宇宙からの太陽放射照度の観測は 1978 年に開始されました。これらの測定結果は、太陽定数が一定ではないことを示しています。太陽定数は 11 年周期の太陽黒点活動周期によって変化します。さらに過去に遡る場合は、過去 400 年間の太陽黒点、または 10,000 年前の宇宙線生成放射性核種を用いた放射照度再構築に頼る必要があります。このような再構築により、太陽放射照度は明確な周期で変化することが示されています。これらの周期は、11 年 (シュワーベ周期)、88 年 (グライスベルク周期)、208 年 (デフリース周期)、および 1,000 年 (エディ周期) です。^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

数十億年の間に、太陽は徐々に膨張し、その結果として表面積が拡大し、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70%に過ぎなかった時代に、地球上に液体の水が存在していたという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、「かすかな若い太陽のパラドックス」として知られています。

太陽エネルギーのうち実際に地球の表面に到達するのはせいぜい約75%程度です^{[ 16 ]。}雲一つない空でも、大気によって部分的に反射・吸収されるためです。薄い巻雲でも50%に、濃い巻雲では40%に減少します。そのため、太陽が真上にあるときに地表に到達する太陽​​エネルギーは、巻雲がある場合の550  W/m ²から、晴天の場合の1025  W/m ^{2まで変化します。}

太陽定数は、地球との直接比較が容易であるため、系外惑星の放射照度の慣習的な単位として系外惑星学で使用されています。SI単位への変換を標準化するために、IAU 2015決議B3は、公称全太陽放射照度の値を含む、いくつかの太陽および惑星量の公称値の使用を規定しており、その値は正確に次のように定義されています。1361  W⋅m ^-2。^{[ 1 ]}この値は、太陽周期によって変化する実際の全太陽放射照度とは無関係です。