太陽定数の計測
2012 年度卒業論文
明星大学理工学部物理学科
天文学研究室
08Ｓ－1001
安達 正貴
目的
太陽の放射エネルギーを計測して、太陽の
HR
図を作成すること。また観測データで得た全輻
射エネルギー
L、表面温度 T より、表面温度 T
の天体が全輻射エネルギー
L を放出するのに必
要な天体の半径
R を求める。
冬の乾燥した東京で観測される値で、どれだ
け公式データに近づくかを検証してみる。
1章 理論
太陽のエネルギー
太陽定数
熱量から放射照度を算出
恒星の表面温度
実視等級
絶対等級
ＨＲ図
太陽のエネルギー
太陽は主に水素を燃料として、中心部で核融合反応を起こ しガンマー線の電磁波と熱を発生させる。 太陽は中心から表面に向けて温度が低くなるので、熱エネ ルギーは外へと流れていく。中心部では 1500 万[K]と推定 されていて最終的に太陽表面では約6000[Ｋ]にまで下がる。 電磁波は恒星内部のプラズマによって吸収、放射を繰り返 し、中心部で発せられたときのエネルギーよりも弱くなって 太陽表面にたどり着く。 太陽の全放射エネルギーは天文年鑑 2013 年度版によると、 と言われている。 この数値は光度Ｌより求められる。π
☉
☉
☉・・・太陽の半径 ・・・ステファン・ボルツマン定数 ☉・・・太陽の表面温度太陽定数（放射照度）
太陽のように球状エネルギーを拡散させる天体を等方的 放射体という。その放射体から距離 だけ離れた位置に いる観測者が単位時間、単位面積に流れてくる放射エネルギ ーの量が放射照度といわれ、その恒星が太陽の場合、太陽定 数という。 放射照度は距離の２乗に反比例してエネルギーが弱くな る。これは距離が遠くなるにつれて、単位面積に流れ込む光 束の量が減り、エネルギーが下がるためである。 地球の大気圏の外側で人工衛星が太陽定数を計測したと ころ
この値は地球に侵入する際、 ・ 30％ 大気に反射して宇宙に戻る ・ 21％ 大気を温める ・ 49％ 地上、海面を温める
熱量から放射照度を算出
今回の観測で太陽の放射照度によって水の上昇温度を計 測するため、太陽のエネルギーが水にどれくらいの仕事（熱 量）[J]を与えたか。熱量
[J] = 質量[g]×比熱[
⊿]×温度変化[⊿T]
水の比熱表を利用
工率
[W]=[J/s]
太陽のエネルギーによる水の温度の上昇をさせた熱量[J] が単位時間[s]にどれぐらい使われたかを表す。放射照度
単位時間、単位面積に流入する恒星の放射エネルギー。
恒星の表面温度 Ｔ
[K]
恒星の表面温度は光度Ｌより算出される。 光度の算出には以下の２通りで求められる。 π
☉ π
ここから T を求める。
☉
[K]
＝恒星と地球の距離 ☉＝恒星の半径 F＝その恒星の放射照度 σ＝ステファン・ボルツマン定数実視等級（みかけの等級）
地上からある恒星を見たときの明るさを表す時に使わ れる。1 等級差が 2.52 倍であり、5 等級差が約 100 倍とさ れている。 単位時間、単位面積に降り注ぐ恒星からの電磁波のエネルギ ー（放射照度）を f とすると、実視等級はｃ・・・基準とする恒星[α Lyr] の放射照度
算出方法
太陽の公式データ実視等級、放射照度を利用絶対等級 Ｍ
ある恒星を１０[pc]の距離に置いたときのみかけの等級 である。 実視等級を m、恒星と地球の距離を d［pc］として絶対等級 M はＨＲ図
恒星のスペクトル型を横軸に、光度あるいは絶対等級を縦 軸にとって、星をプロットした図。スペクトル型は恒星の表 面温度を表しており、高温から低温へ向けて、 O-B-A-F-G-K-M-L-T 左上から右下にかけて分布している星が主系列星である。 黄色点：太陽 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 5000 10000 150002 章 観測
観測日時・場所
2013 年 1 月 25 日（金） 11 時 35 分から 12 時 5 分 29 号館 芝生植栽デッキ使用器具
デジタル温度計 シリンダー 電子天秤 黒いバケツ 断熱材（発砲スチロール） 水 1000[g]観測方法
太陽のエネルギーによって水1000[g]が単位時間に上昇す
る温度変化量を求める。このときバケツ内側に影ができない ように注意して、時間ごとに太陽の方向に照準を合わせた。
水温の変化
時刻 経過時間（分） 水温（℃） 温度変化（℃） 11 時 35 分 0 20.5 11 時 36 分 1 20.6 0.1 11 時 37 分 2 20.7 0.1 11 時 38 分 3 20.9 0.2 11 時 39 分 4 20.9 0 11 時 40 分 5 21 0.1 11 時 41 分 6 21 0 11 時 42 分 7 20.9 -0.1 11 時 43 分 8 20.9 0 11 時 44 分 9 21.1 0.2 11 時 45 分 10 21.4 0.3 11 時 46 分 11 21.1 -0.3 11 時 47 分 12 21 -0.1 11 時 48 分 13 21.1 0.1 11 時 49 分 14 21.1 0 11 時 50 分 15 21.1 0 11 時 51 分 16 21.4 0.3 11 時 52 分 17 21.4 0 11 時 53 分 18 21.3 -0.1 11 時 54 分 19 21.4 0.1 11 時 55 分 20 21.6 0.2 11 時 56 分 21 21.5 -0.1 11 時 57 分 22 21.5 0 11 時 58 分 23 21.4 -0.1 11 時 59 分 24 21.6 0.2 12 時 00 分 25 21.7 0.1 12 時 01 分 26 21.8 0.1 12 時 02 分 27 21.9 0.1 12 時 03 分 28 22.1 0.2 12 時 04 分 29 22.3 0.2 12 時 05 分 30 22.4 0.1最初と最後の温度から最終的に上昇した温度を求める。 20 20.5 21 21.5 22 22.5 23 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
