태양상수

태양상수는 태양으로부터 1 천문단위 떨어진 곳에서 햇빛에 수직하며 면적 1 m@@NAMATH_INLINE@@^2@@NAMATH_INLINE@@인 평면이 1초 동안 받는 햇빛의 모든 에너지이다(그림 1참조). 이 햇빛 속에는 가시광은 물론이고 눈에 보이지 않는 전파, 적외선과 자외선, 엑스선도 들어간다. 햇빛 중에는 지구 대기에 의해 흡수되는 빛이 있으므로 태양상수를 정확히 측정하기 위해서는 지구 대기 바깥에서 측정해야 한다. 태양과 지구 사이의 거리는 연중 0.9833 AU에서 1.0167 AU까지 변하므로 지구 대기 바로 바깥에서 실제로 받는 복사 에너지는 태양상수를 중심으로 @@NAMATH_INLINE@@\pm3@@NAMATH_INLINE@@ % 가량 변한다. 최근 수십년간 잰 태양상수의 평균값은 1361 W m@@NAMATH_INLINE@@^{-2}@@NAMATH_INLINE@@ 가량이다. 이를 열량 단위로 환산하면 1.952 cal min@@NAMATH_INLINE@@^{-1}@@NAMATH_INLINE@@ cm@@NAMATH_INLINE@@^{-2}@@NAMATH_INLINE@@와 같다. 태양상수는 시간에 따라 미세하게나마 변한다. 특히 태양흑점이 많을 때는 태양상수가 크고 태양흑점이 적을 때는 태양상수가 작다.

그림 1. 태양상수(출처: 채종철/이상성/천문학회)

목차

태양상수가 얼마나 큰 양인지를 짐작하려면 가상적 실험을 하여 간단한 열량 및 온도를 계산해 보는 게 도움이 된다. 가로 세로가 각각 1m인 수조에 물을 채워 수직으로 입사하는 햇빛을 1시간 동안 받는다고 하자. 수조에 있는 물이 입사하는 모든 햇빛을 흡수하고 외부로 열을 뺏기지는 않는다고 하면 수조가 받는 총 열량은 1171 kcal(@@NAMATH_INLINE@@1.952 \times 10^{-3} \times 60 \times 100^2@@NAMATH_INLINE@@)가 된다. 이는 든든한 한 끼 식사에 해당되는 열량이다. 만일 수조의 깊이가 10 cm라고 이 열량을 받으면서 물의 온도는 11.7°C 만큼 상승하게 된다.

또 다른 가상적 실험을 해 볼 수 있다. 깜깜한 밤에 운동장에 하얀 스크린을 설치하고 1m 떨어진 곳에서 모든 방향으로 골고루 빛을 내는 이상적인 60 W 전구들로 이루어진 조명 기구로 스크린을 비춰 낮처럼 밝게 되게 하고자 한다면 이 조명 기구에는 모두 285개(@@NAMATH_INLINE@@1361 \times 4 \times 3.14 \times 100^2@@NAMATH_INLINE@@), 약 300개의 전구가 있어야 한다. 만일 조명기구를 스크린으로부터 10 m 떨어진 곳에 둔다면 이것의 100배인 약 30,000개의 전구가 필요하다.

태양상수와 비슷하나 최근에 더 자주 쓰이는 말은 태양조도(solar irradiance)이다. 태양조도에는 파장별로 단위 파장당 에너지의 분포를 의미하는 분광태양조도(spectral solar irradiance)와 모든 파장의 빛 에너지를 합한 것을 의미하는 총태양조도(TSI, Total Solar Irradiance)가 있다. 총태양조도는 태양상수와 같은 개념이다. 중요한 것은 그림 2에서 보듯이 태양상수 또는 총태양조도가 시간에 따라 미세하게나마 변한다는 점이다. 특히 태양흑점 수의 변화에 따라 변함을 알 수 있다. 따라서 역사적으로 오래되었으나 시간적 변화를 배제하는 것처럼 보이는 태양상수라는 용어보다는 변화를 배제하지 않는 총태양조도라는 용어가 물리 현상을 기술하는데는 더 합리적이라고 할 수 있다. 총태양조도로 대표되는 태양 복사 에너지의 변화는 지구 기후의 변화를 이해하는 데 필요한 기초 자료가 된다.

그림 2. 총태양조도(태양상수)의 시간적 변화 및 월간 흑점수의 시간적 변화.(출처: )