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行星反照率与表面温度:天文学教程

时间:2023-08-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:可以近似地认为行星处于辐射的能量平衡,即行星将入射的太阳辐射反射掉一部分,吸收另一部分而加热,再以红外热辐射损失掉,因而行星保持一定的温度。严格地说,行星的反射与行星表面的物质成分和结构有关。表6-3行星的反照率和表面温度*表面实测温度,括号内为气压为1 bar的气温。类地行星低层大气是由太阳光直接照热表面而加热的,而外行星的低层大气则由它们内部热源加热。图6-4巨行星吸收的太阳能及其红外热发射的纬度分布

行星反照率与表面温度:天文学教程

可以近似地认为行星处于辐射的能量平衡,即行星将入射的太阳辐射反射掉一部分,吸收另一部分而加热,再以红外热辐射损失掉,因而行星保持一定的温度。严格地说,行星的反射与行星表面的物质成分和结构有关。一般把各波长(主要是可见光)反射的总量与入射的太阳辐射(总量)之比称为“邦德(Bond)反照率”或简称“反照率”,以符号A表示(A≤1)。半径R的行星在日心距r处,接收太阳辐射Φ=πR2L/4πr2=R2L/4r2,反射的辐射为Φ=AΦ,吸收的辐射为Φ=(1-A)Φ。由于吸收的辐射几乎完全变为红外热辐射Φ,即Φ≈Φ,因此,从行星的红外辐射和可见光(反射)面亮度测量,就可由Φ/Φ=计算出反照率A,进而可计算行星表面温度,分两种情况:

若行星自转快且导热良好,则热辐射总面积为4πR2,因单位表面的辐射为(斯忒藩-玻耳兹曼定律,σ为斯忒藩-玻耳兹曼常数),所以有

若行星自转慢且导热不良,则热辐射有效面积为πR2,所以有

表6-3列出了一些行星的反照率与表面温度。(www.xing528.com)

表6-3 行星的反照率和表面温度

*表面实测温度,括号内为气压为1 bar的气温。

实际温度情况更复杂,尤其是与行星内部是否有热源以及大气情况有关。例如,偏差最大的金星是因其大气的强温室效应导致其表面温度很高(见下面讨论);四颗巨行星没有固态表面,它们内部有热源,木星土星天王星海王星的红外热发射能量分别是它们吸收太阳辐射能量的1.67倍、1.78倍、1.1倍和2.7倍(见图6-4),它们的热能可能来自形成时所释放的引力势能并保留至今。类地行星低层大气是由太阳光直接照热表面而加热的,而外行星的低层大气则由它们内部热源加热。

图6-4 巨行星吸收的太阳能及其红外热发射的纬度分布(对经度、季节取平均)

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