태양상수

태양상수는 태양으로부터 1 천문단위 떨어진 곳에서 단위 면적이 1초 동안 받는 햇빛 에너지 - 태양에서 나오는 전자기파의 복사 조도 - 의 평균값이다. 복사 조도는 표면에서 단위면적당 받은 복사 선속(radiant flux)이고, 복사 선속은 그 면을 단위 시간 당 지나는 복사 에너지를 의미한다.

태양상수는 가시광선 뿐만 아니라 태양에서 나오는 모든 파장대의 전자기파를 포함한다. 태양상수는 물리학의 여러 다른 '상수'와는 달리 값이 일정하지 않고 시시각각 변하는 값의 평균이다. 보통 지구 위에 떠 있는 인공위성에서 그림 1과 같이 태양 복사 조도 스펙트럼을 재어 평균값을 구한다. 태양활동이 가장 약할 때 잰 값은 1.361 kW/m²이고, 가장 활발할 때 잰 값은 1.362 kW/m²로 가장 약할 때 잰 값에 비하여 약 0.1% 정도 크다.

그림 1. 1992년에 태양상수를 측정하기 위하여 위성에서 측정한 파장에 따른 태양 복사 조도 스펙트럼

태양상수 값을 최초로 측정한 것은 1838년으로 프랑스의 물리학자 푸이에(C. S. M. Puoillet, 1790-1868)이다. 그는 태양열 조도계를 개발하여 태양 복사 조도를 재어 태양상수 값을 1,228 kW/m²로 얻었는데, 이 값은 현재의 값과 매우 비슷한 놀라운 결과이다. 그는 이 값을 토대로 태양 표면 온도를 1,800 @@NAMATH_INLINE@@^\circ@@NAMATH_INLINE@@C로 추정했지만 이 값은 그가 될롱-프티 법칙을 잘못 적용하여 얻은 것으로 이 값은 1879년에 오스트리아의 물리학자 슈테판(J. Stefan, 1835-1893)이 5,430 @@NAMATH_INLINE@@^\circ@@NAMATH_INLINE@@C로 수정했다. 이 후에 프랑스의 물리학자 비올(J. L. G. Violle, 1841-1923)이 1875년 몽블랑 산에서 관측 결과를 토대로 1.7 kW/m²이라는 현재값에서 꽤 벗어난 태양상수 값을 추정하였고, 미국의 천문학자/물리학자인 랭글리(S. P. Langley, 1834-1906)는 휘트니 산에서 대기의 영향을 최소화하는 측정을 시도하여 추정하였으나 추정된 값은 2.903 kW/m²으로 현재의 태양상수 값에 비해 오차가 클 뿐만 아니라 최초의 측정인 푸이에의 추정값에 비하여도 오차가 크다. 이후 20세기 들어 50여년 간 미국의 천체물리학자 애보트(C. G. Abbot, 1872-1973)를 비롯하여 많은 연구자들이 높은 고도에서 측정하여 태양상수 값이 1.322~1.465 kW/m²정도가 되는 것으로 추정하였다.