太阳如何给地球加热?

Question

1. 太阳核心的温度为1500万摄氏度。
2. 太阳表面的温度在5000°C左右。
3. 太阳距离地球大约有9300万英里(1.5亿公里)。

我的问题:在一个5000°C的表面，太阳是如何为9300万英里(1.5亿公里)外的地球提供热量的?

Answer 1

这是一个辐射发射的问题——太阳“表面”的温度大约是5500°C(根据地球学家的说法)美国宇航局地球观测站)，在这个温度下，它会发出紫外线、可见光和近红外线区域的辐射-由于物体越热，发出的波长辐射就越小，如下图所示(来自美国宇航局):

注:图中所示的地球温度是其黑体温度的近似值，在问题的答案中解释了这一点如果没有大气，地球的温度会是多少?．

实际上,

来源:维基百科

并非所有到达地球大气层顶部的辐射都到达了地球表面，一部分被大气层反射，一部分被大气层吸收(如上图中黄色和红色之间的差异所示)，但很大一部分到达了地球表面。

但这并不是全部，我们从太阳接收到的“短波”辐射:

它还被等量的能量辐射到太空中，如“长波”热红外辐射:

(两张照片均来自NASA地球天文台)

这就引出了一个重点——我们有一个大气和一个自然的“温室效应”，这是由水蒸气和二氧化碳(以及其他成分)造成的，在上面的太阳辐射谱图中可以看到。

一些热红外被大气吸收，重新辐射回地表。辐射预算如下图所示:

来源:美国国家航空航天局

需要考虑的是，看看美国宇航局对到达地球表面的入射辐射的数值——168 Wm^－2-想象一下，每平方米有一个168瓦的灯泡-如果考虑到再辐射的热红外，这个值会显著增加。

另外，请查看YouTube剪辑太阳如何给地球加热这是一个方便的口头和图表解释这个答案的内容。

Answer 2

你的皮肤感受到的是温暖的大气。地球表面使大气变暖。来自太阳的可见光照射到地球表面，其中一些被吸收，导致地球表面变暖，再被辐射成红外光，然后被我们的大气层所覆盖。如果没有大气层，地球表面的温度会低得多，并且有一个更戏剧性的日循环。