對太陽的可見光譜的觀測與分析

孫作江薛江紅

(防化學(xué)院基礎(chǔ)部北京102205)

摘 要：通過光柵感知了太陽光的可見光譜，并利用光柵作為觀測儀器，結(jié)合光度學(xué)及黑體輻射等理論討論了可見光譜的波長范圍、能量的百分比等具體問題.

關(guān)鍵詞：太陽可見光譜光柵黑體輻射

收稿日期：(2014-12-08)

太陽是最常見光源，它的可見光譜通常用色散來觀察，在此，筆者通過光柵同樣感知了太陽的可見光譜，并利用光柵作為分光儀器，結(jié)合光度學(xué)及黑體輻射等理論估算出了可見光譜的波長范圍、能量的百分比等具體問題，以供大家參考.

1對太陽的可見光譜的觀測

實(shí)驗(yàn)裝置及現(xiàn)象如圖1所示.

圖1　觀測太陽的可見光譜實(shí)驗(yàn)裝置及現(xiàn)象

相關(guān)參數(shù)的測量值如表1所示.

表1　實(shí)驗(yàn)裝置及現(xiàn)象的相關(guān)參數(shù)測量值

說明：我們把衍射光譜分成了4段，分別是紅橙色段、黃色段、綠色段和青藍(lán)紫色段，D是光柵到接收屏的垂直距離，x11是青藍(lán)紫色段左右兩個(gè)一級明紋間的最小距離，x22是綠色段左右兩個(gè)一級明紋間的最小距離，x33是黃色段左右兩個(gè)一級明紋間的最小距離，x44是紅橙色段左右兩個(gè)一級明紋間的最小距離，x55是紅橙色段左右兩個(gè)一級明紋間的最大距離.

2對太陽的可見光譜的分析

2.1可見光譜波段范圍的估算及說明

由表1中的數(shù)據(jù)我們可以對觀測到的可見光譜的波段范圍進(jìn)行估算，具體方法是利用表1中的D和x值可以算出對應(yīng)光波的一級衍射角

然后根據(jù)光柵方程

dsinθ=kλ

式中，d為光柵常數(shù)，λ為光波的波長，k為明紋級數(shù).可算出該光波的波長.該實(shí)驗(yàn)中光柵常數(shù)

明紋級數(shù)k=1，計(jì)算過程及結(jié)果見表2.

表2　可見光譜波段范圍的估算表

為了便于比較，將表2中的計(jì)算結(jié)果與理論值放在一起，見表3.

由表3可以看出：除紅橙色段外，其他3個(gè)色段的波長估算值與理論值比較一致；只有紅橙色段的長波波長的估算值與理論值差別較大，其主要原因是眼睛對各種波長的靈敏度不同，可用視見函數(shù)表示，查視見函數(shù)表可知，微光條件下，波長為390 nm光線的視見函數(shù)值是0.002 209，波長為510 nm的光線的視見函數(shù)值是0.997，波長為700 nm的光線的視見函數(shù)值是0.000 017 8；所以，波長為700 nm的光線或波長更長的光線對人眼太不敏感，在有限亮度的條件下，基本不能被觀測到.

表3　可見光譜波段范圍的估算值與理論值比較表

2.2能量的百分比估算

為了進(jìn)一步的估算，我們把太陽光近似地看成是6 000 K黑體的輻射，下面我們將用黑體模型的輻射公式進(jìn)行相關(guān)計(jì)算.為了簡化計(jì)算，對黑體輻射的普朗克公式等作如下變換.

因?yàn)?/p>

故0～λ區(qū)間的黑體輻出度、黑體的總輻出度為

定義函數(shù)

因

Mλ1-λ2(T)=M0～λ2(T)-M0～λ1(T)=

故

表4可見光各色段的輻射能占總輻射能的百分比例表

溫度T/K波長λ/nmλT/(μm·K)F(λT)/(×10-1)色段比例η/%6000693.141585.07596.635793.99596.635793.99561.333672.90561.333672.90496.329772.68496.329772.68388.123281.25693.141585.07388.123281.25紅橙色段10.8黃色段10.9綠色段2.2青藍(lán)紫色段14.3觀測的可見光譜38.2

3結(jié)束語

這里，我們理論聯(lián)系實(shí)際，通過光柵看到了比較理想的太陽的可見光譜，相關(guān)的估算值與理論值比較接近，有一定的趣味性和參考價(jià)值.

參 考 文 獻(xiàn)

1孫作江,丁詠，姜進(jìn)軍.有關(guān)白熾燈的幾個(gè)重要參數(shù)的測量.物理與工程,2007(5)：31～32

2王建邦.大學(xué)物理學(xué).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.319

3楊靜韜.軍事偵察與制導(dǎo)基礎(chǔ)知識.北京:防化指揮工程學(xué)院,2004.76

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