太陽能量史，從觀測儀器到地球環境變化：輻射強度、大氣作用、天氣變化、能量平衡……解析太陽在地球系統中的角色
活動訊息
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內容簡介
光譜、輻射、黑子、日食……
太陽的能量如何被測量？
陽光為何能左右天氣與氣候？
生命又如何仰賴太陽而生生不息？
從高山觀測臺到荒漠實驗站，
人類為理解太陽，走遍地球極境！
【揭開太陽輻射與生命世界的運作奧祕】
本書為美國史密森學會經典科普叢書之一，全書共十四章，以太陽輻射為核心主題，介紹太陽能量的來源、測量方法與科學意義。內容結合理論推導、精密儀器說明與第一手觀測紀錄，帶領讀者理解太陽如何透過光與熱，影響地球的大氣、氣候、生態與人類文明發展。
▎測量太陽：追尋光與熱的真實數值
本書詳細介紹了太陽熱量計、日射強度計與光譜儀等關鍵儀器的設計原理與操作流程。作者說明科學家如何將不可見的輻射轉化為可量化的數據，並解析不同波長的光在能量分布上的差異。透過嚴謹的觀測方法與反覆驗證，揭示「太陽常數」的意義，讓讀者理解精確測量在現代科學中的關鍵角色。
▎太陽與大氣：天氣與氣候的隱形推手
本書進一步探討太陽輻射與地球大氣之間的互動關係，說明陽光在穿越大氣層時如何被吸收、散射與反射，進而影響氣溫、氣壓與天氣變化。作者結合全球多地的長期觀測資料，分析太陽短期與長期變化對氣候的潛在影響，並提出太陽活動與天氣預測之間的重要連結，拓展讀者對氣候系統的理解。
▎極地與荒漠：在極端環境中觀測太陽
書中穿插大量科學家的親身經歷，記錄他們在高山、沙漠與偏遠地區建立觀測站的艱辛過程。狂風、酷熱、沙塵與物資匱乏，成為日常的一部分。這些生動的描寫不僅讓讀者看見數據背後的人力付出，也突顯科學探索所需的毅力與信念。
▎陽光與生命：滋養萬物的能量來源
作者從生物學角度出發，說明不同波長的太陽射線如何影響動植物生長與人類健康。從植物的光合作用，到人類的日光浴與戶外活動，本書闡述了陽光在生命演化與生活方式中扮演的核心角色，並說明太陽能量如何支撐地球上複雜而精細的生態系統。
▎太陽能應用：從科學實驗到日常生活
書中介紹太陽能的實際應用，如太陽能灶與集熱裝置，詳述其結構設計與熱效率原理，展現人類如何直接利用太陽能改善生活。這些內容不僅反映早期能源科技的創新精神，也為現代再生能源發展提供重要的歷史視角。
▎太陽與未來：行星宜居性的科學想像
作者更將視野延伸至地球之外，探討太陽能量是否足以讓其他星球具備宜居條件。透過對光、輻射與行星環境的分析，本書引導讀者思考人類未來在宇宙中的可能位置。
▎太陽與文明：人類繁衍生息的關鍵力量
全書最終回歸一個核心問題：如果太陽能量發生重大變化，人類文明將何去何從？透過嚴謹科學與清晰敘述，本書呈現太陽研究如何連結自然法則、科技發展與人類存續，讓讀者理解太陽不只是天體，更是人類繁衍生息的根本支柱。
本書特色：本書以嚴謹科學結合生動敘述，全面探討太陽與人類文明的關係。內容涵蓋太陽輻射測量、儀器發展、大氣作用、天氣與氣候變化、動植物生長、日食與太陽景觀，並延伸至太陽能利用與行星宜居性。透過大量實地觀測與科學實驗的敘述，結合理論與實例，展現太陽研究對人類繁衍生息的關鍵意義。
太陽的能量如何被測量？
陽光為何能左右天氣與氣候？
生命又如何仰賴太陽而生生不息？
從高山觀測臺到荒漠實驗站，
人類為理解太陽，走遍地球極境！
【揭開太陽輻射與生命世界的運作奧祕】
本書為美國史密森學會經典科普叢書之一，全書共十四章，以太陽輻射為核心主題，介紹太陽能量的來源、測量方法與科學意義。內容結合理論推導、精密儀器說明與第一手觀測紀錄，帶領讀者理解太陽如何透過光與熱，影響地球的大氣、氣候、生態與人類文明發展。
▎測量太陽：追尋光與熱的真實數值
本書詳細介紹了太陽熱量計、日射強度計與光譜儀等關鍵儀器的設計原理與操作流程。作者說明科學家如何將不可見的輻射轉化為可量化的數據，並解析不同波長的光在能量分布上的差異。透過嚴謹的觀測方法與反覆驗證，揭示「太陽常數」的意義，讓讀者理解精確測量在現代科學中的關鍵角色。
▎太陽與大氣：天氣與氣候的隱形推手
本書進一步探討太陽輻射與地球大氣之間的互動關係，說明陽光在穿越大氣層時如何被吸收、散射與反射，進而影響氣溫、氣壓與天氣變化。作者結合全球多地的長期觀測資料，分析太陽短期與長期變化對氣候的潛在影響，並提出太陽活動與天氣預測之間的重要連結，拓展讀者對氣候系統的理解。
▎極地與荒漠：在極端環境中觀測太陽
書中穿插大量科學家的親身經歷，記錄他們在高山、沙漠與偏遠地區建立觀測站的艱辛過程。狂風、酷熱、沙塵與物資匱乏，成為日常的一部分。這些生動的描寫不僅讓讀者看見數據背後的人力付出，也突顯科學探索所需的毅力與信念。
▎陽光與生命：滋養萬物的能量來源
作者從生物學角度出發，說明不同波長的太陽射線如何影響動植物生長與人類健康。從植物的光合作用，到人類的日光浴與戶外活動，本書闡述了陽光在生命演化與生活方式中扮演的核心角色，並說明太陽能量如何支撐地球上複雜而精細的生態系統。
▎太陽能應用：從科學實驗到日常生活
書中介紹太陽能的實際應用，如太陽能灶與集熱裝置，詳述其結構設計與熱效率原理，展現人類如何直接利用太陽能改善生活。這些內容不僅反映早期能源科技的創新精神，也為現代再生能源發展提供重要的歷史視角。
▎太陽與未來：行星宜居性的科學想像
作者更將視野延伸至地球之外，探討太陽能量是否足以讓其他星球具備宜居條件。透過對光、輻射與行星環境的分析，本書引導讀者思考人類未來在宇宙中的可能位置。
▎太陽與文明：人類繁衍生息的關鍵力量
全書最終回歸一個核心問題：如果太陽能量發生重大變化，人類文明將何去何從？透過嚴謹科學與清晰敘述，本書呈現太陽研究如何連結自然法則、科技發展與人類存續，讓讀者理解太陽不只是天體，更是人類繁衍生息的根本支柱。
本書特色：本書以嚴謹科學結合生動敘述，全面探討太陽與人類文明的關係。內容涵蓋太陽輻射測量、儀器發展、大氣作用、天氣與氣候變化、動植物生長、日食與太陽景觀，並延伸至太陽能利用與行星宜居性。透過大量實地觀測與科學實驗的敘述，結合理論與實例，展現太陽研究對人類繁衍生息的關鍵意義。
目錄
中文版前言
第一章 為什麼要研究太陽
第二章 從海岸到沙漠山區，測量陽光
第三章 研究地球、太陽和天氣的目的
第四章 陽光測量儀器
第五章 大氣和太陽輻射的關係
第六章 在野外的一天
第七章 太陽變化與天氣
第八章 霍滕托山脈中的太陽天文臺
第九章 利用太陽能
第十章 太陽光、植物和動物
第十一章 太陽能使其他星球適合居住嗎
第十二章 太陽景象
第十三章 日食
第十四章 我們的太陽是一顆變星
附錄 光和輻射的基本知識
第一章 為什麼要研究太陽
第二章 從海岸到沙漠山區，測量陽光
第三章 研究地球、太陽和天氣的目的
第四章 陽光測量儀器
第五章 大氣和太陽輻射的關係
第六章 在野外的一天
第七章 太陽變化與天氣
第八章 霍滕托山脈中的太陽天文臺
第九章 利用太陽能
第十章 太陽光、植物和動物
第十一章 太陽能使其他星球適合居住嗎
第十二章 太陽景象
第十三章 日食
第十四章 我們的太陽是一顆變星
附錄 光和輻射的基本知識
試閱
第六章 在野外的一天
我們在亞利桑那州的哈庫霍拉山，這裡海拔超過1,600公尺。一縷縷陽光透過東邊的窗戶照進來，喚醒我們，新的一天開始了。從沙漠山區營地向外看去，天空沒有一片雲彩。太陽剛剛越過地平線，已沒有了長時間縈繞在昏暗的城市大氣中的那抹紅色。天空湛藍湛藍的，不像在東部各州，即使在最晴朗的日子裡，天空也幾乎總是慘兮兮的灰白色。
稍晚一些時候，如果你在眼前一臂遠的地方伸出手臂，用一根指尖遮住太陽圓盤，天空的深藍色就會一直延伸到太陽的邊緣。
一個觀察員在準備早餐，另一個則在準備儀器。他打開定天鏡，對著鏡子哈了一口氣，又拿起一塊乾淨的棉花，擦去鏡子上落下的汙濁痕跡，儘管這些鏡子都是用星鋼做的。一束光透過反射鏡進入觀察室。我們仔細調整反射鏡，僅讓一條光線在一個小圓圈內形成太陽的針孔圖像。這個小圓圈是用墨畫在一塊紙板上的，位於後面3公尺遠的觀測室的牆上。這個小圓圈是引導我們的目標圖像。在整個觀察過程中，我們必須非常小心，讓光線圖像始終落在墨圈的正中央，這樣，太陽光束才能不偏不倚地進入分光鏡。
在調整完觀測室內部儀器之前，我們先把帶著兩個銀盤太陽熱量計和一個日射強度計的支架搬到室外，讓這些儀器對準太陽。用來測量太陽在天際線上方高度的經緯儀也已準備就緒。這是我們所有觀測臺都使用的儀器（如照片29所示）。
將日射強度計的電線連接到天文臺內部的電氣儀器後，我們對日射強度計進行了初步試驗。我們先打開百葉窗，讓它接收到周圍有限視野內的天空光線。電流計的指標擺了大約50個刻度。一切都在有序進行著。
接下來，我們打開分光鏡，把它放在大「A」的頂端，也就是極紅光譜中的氧帶。我們檢查這條暗帶是否正好落在輻射熱測量計的靈敏條上，焦距是否正確，氧帶是否清楚可見。偶爾（但不經常）稍微改善一下這些設置也是可能的。
現在，我們關上分光鏡狹縫前的遮光罩，回到觀察室裡面放檢流計的地方。一小束陽光進入觀察室的角落，透過那裡的一個狹縫，經過兩次反射，最後照射到檢流計微小的反射鏡上。我們尋找它在刻度尺上的顯示。啊！在那裡！就在零點下方一點點的地方。我們用磁鐵把它調整到零點。接下來，關閉開關，連接輻射熱測量計，但一定要非常小心！如果哪裡出錯了，光點就會如長了翅膀一般，像風兒一樣飛走了。對於如此敏感的東西，在這麼小小的衝擊下，檢流計的指標也很可能會完全反轉。
但是沒有！當我們關閉開關時，在差不多50天裡，刻度尺上的光點幾乎沒有一天出現超過100個刻度的偏移。想想這意味著什麼呢？在過去24小時內，輻射熱測量計上兩個暗帶之間的溫度變化，竟然不超過10⁻⁴°C。儘管如此，輻射熱測量計的兩條暗帶仍然被電流加熱，使得它們的溫度比周圍環境的溫度高60°C。
我們對平衡電阻做一個小小的調整。光點擺動回零。然後重新讓第三個旋轉扇葉開始旋轉，讓它在狹縫前旋轉，並打開分光鏡的百葉窗。光點開始移動。我們慢慢地轉動輪子，注意到光斑最大的偏移值是7.5公分，這正是我們在清晨的這個時刻希望看到的數值，因為這預示著在太陽最高時，偏移會達到9〜10公分，這樣可以在我們的攝影紀錄板上安排六個光度曲線。
嚴格的準備階段已經完成。我們關閉百葉窗，停止旋轉扇葉，然後插入攝影底板來記錄檢流計的讀數。我們將光點在靠近檢流計的一端定位好，並標記出座標軸，然後將底板朝上放到頂部位置，儀器可以準備開始啟動了。最後，我們將分光鏡調整到我們想要開始觀察的光譜位置。
一切準備好後，我們進去吃早飯。正好，我們的同事已經準備好了早餐。同事還抽出時間在紀錄本上找到一頁，在上面放上一張紙和一張複寫紙，這樣不僅可以在紀錄本中留下一個固定的紀錄，還能有一份可郵寄到華盛頓的副本。
我們在亞利桑那州的哈庫霍拉山，這裡海拔超過1,600公尺。一縷縷陽光透過東邊的窗戶照進來，喚醒我們，新的一天開始了。從沙漠山區營地向外看去，天空沒有一片雲彩。太陽剛剛越過地平線，已沒有了長時間縈繞在昏暗的城市大氣中的那抹紅色。天空湛藍湛藍的，不像在東部各州，即使在最晴朗的日子裡，天空也幾乎總是慘兮兮的灰白色。
稍晚一些時候，如果你在眼前一臂遠的地方伸出手臂，用一根指尖遮住太陽圓盤，天空的深藍色就會一直延伸到太陽的邊緣。
一個觀察員在準備早餐，另一個則在準備儀器。他打開定天鏡，對著鏡子哈了一口氣，又拿起一塊乾淨的棉花，擦去鏡子上落下的汙濁痕跡，儘管這些鏡子都是用星鋼做的。一束光透過反射鏡進入觀察室。我們仔細調整反射鏡，僅讓一條光線在一個小圓圈內形成太陽的針孔圖像。這個小圓圈是用墨畫在一塊紙板上的，位於後面3公尺遠的觀測室的牆上。這個小圓圈是引導我們的目標圖像。在整個觀察過程中，我們必須非常小心，讓光線圖像始終落在墨圈的正中央，這樣，太陽光束才能不偏不倚地進入分光鏡。
在調整完觀測室內部儀器之前，我們先把帶著兩個銀盤太陽熱量計和一個日射強度計的支架搬到室外，讓這些儀器對準太陽。用來測量太陽在天際線上方高度的經緯儀也已準備就緒。這是我們所有觀測臺都使用的儀器（如照片29所示）。
將日射強度計的電線連接到天文臺內部的電氣儀器後，我們對日射強度計進行了初步試驗。我們先打開百葉窗，讓它接收到周圍有限視野內的天空光線。電流計的指標擺了大約50個刻度。一切都在有序進行著。
接下來，我們打開分光鏡，把它放在大「A」的頂端，也就是極紅光譜中的氧帶。我們檢查這條暗帶是否正好落在輻射熱測量計的靈敏條上，焦距是否正確，氧帶是否清楚可見。偶爾（但不經常）稍微改善一下這些設置也是可能的。
現在，我們關上分光鏡狹縫前的遮光罩，回到觀察室裡面放檢流計的地方。一小束陽光進入觀察室的角落，透過那裡的一個狹縫，經過兩次反射，最後照射到檢流計微小的反射鏡上。我們尋找它在刻度尺上的顯示。啊！在那裡！就在零點下方一點點的地方。我們用磁鐵把它調整到零點。接下來，關閉開關，連接輻射熱測量計，但一定要非常小心！如果哪裡出錯了，光點就會如長了翅膀一般，像風兒一樣飛走了。對於如此敏感的東西，在這麼小小的衝擊下，檢流計的指標也很可能會完全反轉。
但是沒有！當我們關閉開關時，在差不多50天裡，刻度尺上的光點幾乎沒有一天出現超過100個刻度的偏移。想想這意味著什麼呢？在過去24小時內，輻射熱測量計上兩個暗帶之間的溫度變化，竟然不超過10⁻⁴°C。儘管如此，輻射熱測量計的兩條暗帶仍然被電流加熱，使得它們的溫度比周圍環境的溫度高60°C。
我們對平衡電阻做一個小小的調整。光點擺動回零。然後重新讓第三個旋轉扇葉開始旋轉，讓它在狹縫前旋轉，並打開分光鏡的百葉窗。光點開始移動。我們慢慢地轉動輪子，注意到光斑最大的偏移值是7.5公分，這正是我們在清晨的這個時刻希望看到的數值，因為這預示著在太陽最高時，偏移會達到9〜10公分，這樣可以在我們的攝影紀錄板上安排六個光度曲線。
嚴格的準備階段已經完成。我們關閉百葉窗，停止旋轉扇葉，然後插入攝影底板來記錄檢流計的讀數。我們將光點在靠近檢流計的一端定位好，並標記出座標軸，然後將底板朝上放到頂部位置，儀器可以準備開始啟動了。最後，我們將分光鏡調整到我們想要開始觀察的光譜位置。
一切準備好後，我們進去吃早飯。正好，我們的同事已經準備好了早餐。同事還抽出時間在紀錄本上找到一頁，在上面放上一張紙和一張複寫紙，這樣不僅可以在紀錄本中留下一個固定的紀錄，還能有一份可郵寄到華盛頓的副本。
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