いわゆる「太陽定数」とは、太陽・地球間の平均距離で太陽に正面を向けた面に 到達する太陽放射のエネルギーフラックス密度(単位面積あたり・単位時間あたりのエネルギー)である。 物理定数ではなく変化しうる量である。 したがって「太陽定数」という名前は適切ではないが、 他の短い表現で同じ意味を伝えるのがむずかしいので便宜上使う。 なお英語ではTSI (total solar irradiance)という用語が使われるようになった。 日本語の表現はさだまっていないようだが、英語から訳すとすれば「全波長太陽放射照度」だろう。 1978年以来の観測にもとづくおよその値は1360 W/m2 (有効数字3桁)。
「太陽定数」の変動については20世紀初めから論じられてきたが、 地上や気球からの観測に基づく推定値では変動を検出するのにじゅうぶんな精度がなかった。 人工衛星による観測は1978年から継続されている [地球環境観測: 「太陽定数」と地球放射収支の観測参照]。 異なる衛星の観測機器間のくいちがいが 5 W/m2程度ある。 しかし、くいちがいはほぼ機器の対ごとに一定値であり、変動のパタンはよく似ている (下のリンクさきの TSI COMPOSITE のページの Figure 1 参照)。 したがって、機器は一定の系統誤差 (バイアス) はあるが、 変動に関する精度は1 W/m2未満になっていると推定されている。 これを補正していずれかひとつの標準にそろえた 「太陽定数」のデータセットがつくられている。
そのひとつは、スイスのDavos (ダヴォス) にある
ダヴォス物理気象観測所 世界放射センター (PMOD WRC) によるものであり、
http://www.pmodwrc.ch/の
Products & Services の Data Products のひとつの TSI Timeseriesのところに図や解説がある。
2003年から、SORCE
(SOlar Radiance & Climate Experiment,
https://lasp.colorado.edu/sorce/ ) という観測プロジェクトがおこなわれた。
SORCEは波長別のエネルギーも測定しており、
全波長のセンサーも従来よりも精度が高いと考えられている。
なお、SORCEの観測は2020年2月で終わった。
その後継として、TSIS (Total and Spectral Solar Irradiance Sensor,
https://lasp.colorado.edu/home/tsis/ )
というプロジェクトがおこなわれている。
SORCEのデータをとりこむまえの PMOD のまとめは、SORCEよりも約5 W / m2高い値を示していたが、 その後、較正の基準を変更した(SORCEに合わせたようである)。 SORCEあるいはPMODの新しいまとめによれば、 「太陽定数」の最も確からしい値は 1361 ± 1 W / m2ということになる。 【ただし、TSIS のデータプロダクト (version 3) は PMOD のまとめよりも約 1 W / m2 大きい値をしめしている。もし TSIS のほうがバイアスが小さいとすれば、 「太陽定数」の最も確からしい値は 1362 W / m2 に近くなるかもしれない。】
1日ごとの観測値を見ると、数W/m2の変動がある。 この変動は主として太陽の自転(周期約27日)によるもので、 黒点(光球上の暗い部分)が地球の側に多いときに放射が弱い。 これをならすと、約1 W/m2の変動がある。 この変動は黒点の約11年周期変動に関連しているが、 黒点の多いときのほうが放射が強い傾向がある。 これは黒点の多いときには白斑と呼ばれる明るい部分も多い傾向があるためである。
図: 「太陽定数」の観測値の時系列。 横軸は上に1980年1月1日からの通しの日付、下に年を示す。 また1年ごとに緑色の縦線を入れた。
赤の点は、PMODが複数の衛星の観測値を較正しなおした
ftp://ftp.pmodwrc.ch//pub/data/irradiance/virgo/TSI/TSI_composite/ MergedPMOD_NobaselineScaleCycle23_January2023.txt(2023年5月3日取得) の「TSI after corr.」の毎日の値 (1980年2月から2022年末まで) である。(SORCE, TSIS をとりこんでいる。)紫の点は、TSIS プロジェクトの衛星観測で得られた
tsis_tsi_L3_c24h_latest.txt(2023年5月3日取得) のデータの毎日の値 (2018年1月11日から2023年4月28日まで) である。
なお、太陽の活動 (変動) については、 (全エネルギーではなく) 特定の波長の電磁波の強さを指標として論じることも多い。
太陽の活動 (変動) については、黒点に注目することも多い。
その場合はふつうWolfの黒点数という指標が使われてきた。
観測された黒点の数と黒点群の数とを組み合わせ、
観測者ごとの感度のちがいを標準化したものである。
現在は、ベルギー王立天文台 (ブリュッセル) にある
Sunspot Index and Long-term Solar Observations
(SILSO, http://www.sidc.be/silso/ )がまとめている。
そのうちの Daily total sunspot number のファイル
http://www.sidc.be/silso/DATA/SN_d_tot_V2.0.txt (2023年5月3日取得)
には1818年1月から2022年4月までの毎日の値があるが、
ここでは上のTotal Solar Irradianceと対象時期をあわせて
グラフにしてみたものを下に示す。
また、Yearly mean total sunspot numberのファイル
http://www.sidc.be/silso/DATA/SN_y_tot_V2.0.txt (2023年5月3日取得)
によって、年平均値をグラフにしてみたものを下に示す。
このデータは1700年から2022年まである。
なお、年平均の黒点数のデータは「理科年表」にも収録されている。
