撰稿 | 课题组供稿
太阳光谱辐照度（Solar Spectral Irradiance, SSI）是研究太阳内部成分、温度和活动性的重要参量，也是分析行星大气结构和研究地球大气层内辐射能量传递的关键。太阳光谱辐照度模型可以通过以下三种途径建立：1，用太阳表面耀斑、黑子以及太阳磁场观测数据拟合建模；2，用原子谱线模拟太阳内部物质成份建模；3，多套独立系统天基观测数据合成建模。太阳光谱辐照度的天基观测始于70年代末、80年代初期。比较典型的任务有国际空间站搭载的欧洲科学家研制的太阳光谱辐照度观测系统：SOLSPEC、SolACES、和SOVIM；以及美国航天局SORCE太阳观测卫星搭载的太阳光谱辐照度测量系统，具体SSI在轨和过去观测任务参见图1。迄今为止全球公开发表的太阳光谱辐照度序列有七个，近日，来自中科院长春光机所的朱平研究员团队以"Characteristics of solar-irradiance spectra from measurements, modeling, and theoretical approach"为题在Light: Science & Applications发表综述论文，分析对比了这七个太阳光谱辐照度模型。
太阳作为一颗恒星，它的光谱辐照度模型从另一个角度理解可视作是太阳的“DNA”图谱。如何完全解析太阳光谱辐照度的每一条谱线，需要分析处理大量观测数据和进行多尺度理论模拟计算。目前在太阳物理研究以及行星和地球气候的辐射传递模拟中应用比较广泛的SSI模型主要有：ATLAS3 和 NRLSSI。
图1 七十年代以来太阳光谱辐照度天基测量任务。SSI的观测覆盖了从极紫外、紫外到近红外谱段。SSI仪器主要搭载火箭、航天飞机、国际空间站和近地低轨卫星进行天基连续太阳光谱辐照度测量。Tom Woods (LASP)供图
本篇综述论文重点围绕以下四个方面对上述SSI理论模型和天基观测结果进行深入对比分析：1, SSI的时间序列; 2, SSI从极紫外到近红外谱段每条谱线的真值；3, 与太阳活动性相关各类指向参数的模拟；4, 太阳从第23个近十一年周期性活动进入第24个周期过程中SSI的时变曲线。例如图2展示了将现有SSI序列代入普朗克黑体辐射定律，计算出的太阳表面亮温分布。虽然计算结果直观显示不同序列间近红外谱段的差异比较大，但由于太阳辐射的能量主要集中在525nm左右的可见谱段（见图2），近红外谱段占比少，因此SSI模型以及观测数据在近红外谱段的差异不具有代表性。导致SSI模型和观测数据从极紫外、紫外到近红外谱段差异的主要原因是探测器和滤镜在短波谱段的非线性衰减，以及缺乏有效天基独立可靠绝对定标手段。
本篇综述系统分析了七套太阳光谱辐照度序列，作者们一致认为SSI探测器在极紫外，紫外和近红外谱段的空间定标及其非线性衰减的修正，是从观测角度进一步提高SSI绝对精度的必要途径。随着我国风云卫星搭载太阳总辐照度（TSI）和太阳光谱辐照度（SSI）天基观测数据的积累，将为延续天基太阳总辐照度和太阳光谱辐照度时间序列，研究太阳活动性与行星和地球的大气辐射传递关系、全球气候变化以及空间天气事件提供新的重要参考。而各类原子特征谱线数据库的完善（如：维也纳原子谱线数据库 Vienna Atomic Line Database ）以及太阳磁场模型的优化等是提高SSI理论值精度、缩小SSI理论值与观测结果之间差异的关键。
图2 将七个太阳光谱辐照度模型序列代入普朗克黑体辐射定律，计算出太阳表面的亮温分布图；左上角小图给出了典型的太阳光谱辐照度，其主要能量集中在~525nm的可见谱段。
论文信息：
该研究成果以"Characteristics of solar-irradiance spectra from measurements, modeling, and theoretical approach"为题在线发表在Light: Science & Applications。
本项研究收到了自然基金面上项目41974207；南非自然基金项目132800和长光国际合作基金的资助。
Thuillier G., Zhu P., Snow M., et al. Characteristics of solar-irradiance spectra from measurements, modeling, and theoretical approach. Light Sci Appl 11, 79 (2022).
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