太阳离地球这么远，为啥在中午能感觉到强烈的温度？ 第1页

我看了一下，大部分回答都没答到点子上。让我来写一篇枯燥的回答吧。

题主的问题可以简化成：行星表面温度与太阳距离的关系。（那个什么中午不中午的，就先忽略不讲了吧，主要是太阳入射角、穿过大气层路径等因素，下午2点最热主要是因为地面辐射的原因。这个不是这个问题的关键部分，就先略了）

不就是近热远冷么，这还用问？

直觉告诉我们，离太阳越远，行星越冷。大部分人都有烤火或暖气片的经历，很容易理解。那我们来看看各个行星（及一个矮行星）的表面温度：

看上去大部分都是按距离太阳从近到远、温度从高到低的顺序排的。但水星和金星是个例外。水星距离太阳大约是金星的一半，但却比金星的表面温度低很多。

怎么回事？

我们来推导一下。我们先假设行星从恒星吸收到的能量和其自身辐射散发能量是相等的（否则就不平衡了）。根据斯特藩－玻尔兹曼定律和这个那个一堆奇奇怪怪的公式，假设地球是个黑体，推导出行星的理论平衡温度T应满足（好吧，这是唯一一个公式，我保证不再写公式了）：

两边约一下，就变成了：

上面那个带个脚标的L可以理解为太阳的亮度，a是行星反射率，D是与太阳的距离，其它都是常数不用管了。

通过初中数学知识可知，在假设行星反射率a不变的情况下，行星平衡温度T与跟太阳的距离D的开方成反比。

大概算一下，地球的平衡温度是-18摄氏度^[1]，但实际地球温度为15摄氏度^[2]。虽然相差不多，但还是差了那么一点点。那这一点点到底是什么原因造成的呢？

行星大气

粗略的来看，这主要是由于大气的温室效应造成的^[3]。在温室效应中，行星反射的长波辐射被大气吸收并重新射回到地面，导致表面温度高于平衡温度。上面提到的金星比水星还热就是这个原因，金星算出来的平衡温度约为-13℃，而实测金星厚重的二氧化碳大气层的云层顶部温度约为-50℃，但到了93个大气压的金星表面，温度已经高达450℃左右，比烤肉需要的200℃还高出许多。

可惜的是，温室效应很复杂很随机，就像天气预报一样无法有公式准确估算出具体的数值。大气环流、初始丰度与二氧化碳含量、轨道迁移、大陆的分布、自转轴的倾斜角度（我之前的一个回答里有写）、一天的长度和大气的密度等都会影响这个数值。一般来说，行星平衡温度要低于行星平均温度和地表空气温度。

而像火星这样只有极稀薄的大气的行星来说，数值就比较接近。火星的平衡温度为210K，表面平均温度为215K，相差极小。月球也是一样。

说到月球，就顺便提一下潮汐加热吧。当行星的卫星在行星表面产生潮汐时，也会使温度进一步升高。另外，地心的地热能也会导致实际温度比平衡温度更高。土星的实际温度约为95K，而算出来的平衡温度只有为63K，就是这个原因造成的。木星也有类似的现象，它的地热能让其实际的温度上升了40至152K^[4]。天王星的实际温度和算出来的平衡温度就非常接近，说明天王星的内部已经几乎没有什么热能了。

回答题主的问题

讲了那么一大堆，终于可以回到正题了。

题主认为，1.5亿公里以外的太阳已经离我们很远很远了。事实确实如此。通过粗略的计算可知，由于地球距太阳很远，与太阳相比直径也很小，所以太阳辐射出的总能量是地球获得的20亿倍^[5]，或者说，地球只接收到了太阳能量的20亿分之一。这么小的比例，应该没有那么热才是。

但太阳远比人类的想象还要恐怖。1838年，法国物理学家克劳德·普耶和英国天文学家约翰·赫歇尔爵士第一次试图直接测定太阳常数，也就是想知道射到地球上的太阳光到底有多厉害。两人各自独立设计了不同的测定装置。他们都是尝试用温度计测量太阳光下一定量的水的升温过程，因为水的比热已知，通过计算就可以得出光照强度。由于他们都没有考虑地球大气对光的吸收，所以他们的测定值只有现在所用值 ^[6]的一半左右。粗略的换算一下，大概相当于一个12万流明^[7][8]的灯泡。相比之下，好一点的家用投影仪也就几千流明吧，就已经亮瞎了。

所以，虽然太阳距离地球真的很远，但照到地球上依然感觉很热的原因，就是因为距离还是不够远，而太阳却相当强。

参考

1. ^ σ取5.670373乘十的负八次方，反射率取0.29，d取1490亿米，L取3.846乘10的26次方瓦
2. ^ 平衡温度要考虑到整个行星表面，包括赤道和两极
3. ^ https://en.wikipedia.org/wiki/Planetary_equilibrium_temperature
4. ^ https://zh.wikipedia.org/wiki/有效溫度
5. ^ https://baike.baidu.com/item/太阳常数
6. ^ 1981年，世界气象组织(WMO)公布
7. ^ https://www.jvejournals.com/article/21667
8. ^ Pons A., Barrio A., Campos J. Variation of the luminous efficacy of direct, global and diffuse solar radiation with atmospheric parameters. Lighting Research Technology, Vol. 36, Issue 1, 2004, p. 31-43