如果要討論「地表的溫度」的話
就要討論熱量的收支
先來談收入面,地表附近主要的能量收入有兩個
1.來太陽的能量 2.地求內部散出的地熱
先來討論太陽能
太陽做為主序星,輻射強度是相對穩定的
過去40多億年以來,太陽輻射強度增加了約30%
基本上這個變化在短期之內(數百萬年內)的改變是可忽略的
以現在而言,在地球軌道附近接受到的太陽輻射強度為1.361 kW/m2
換成國中理化的講法就是:每平方公尺每秒可以收到1361焦耳的太陽能
而地球的半徑為6400公里,換算下來地球的截面積約為1.29*10^14平方公尺
兩者相乘就可以得到 1.75*10^17瓦
然而這些太陽能並不是完全被地球吸收
大約有3成是直接被大氣或地面反射掉的
因此太陽能進入地球系統的能量1.23*10^17瓦
再來看看地熱
這個數據比較混亂,因為地球內部熱量釋放方式很多元
但大體上都不到太陽能的百分之一
所以就姑且忽略這個部分
好那接下來換支出的部分
基本上地球向外的輻射可以簡化成地球本身的黑體輻射
「黑體輻射」這個詞可能很多人不熟,說成白話就是國中理化說的「熱輻射」
這個輻射的強度與表面溫度密切相關
一個物體的表面溫度越高,向外輻射的功率越高
具體的物理公式就不說了,反正我也沒有太懂
有興趣可以嘗試一下這個工具
https://www.spectralcalc.com/blackbody_calculator/blackbody.php
在熱量的支出上,我們需要的數據是「在特定溫度下,每平方公尺的散熱功率」
然後在乘上地球的表面積,就可以算出整個地球的散熱功率
要注意的是這裡是地球的「表面積」,和前面計算吸收太陽能的「截面積」不同
地球的截面積約為5.15*10^14平方公尺
綜合以上的收支數據
用前面輸入地球的太陽能1.23*10^17W來除
平均地球黑體輻射的功率大約是每平方公尺239W
這樣可以換算出來地球表面平均溫度若是攝氏-19度
吸收的太陽能量,會等於地球本身黑體輻射放出的熱量
然而,這個算法算出來的地球表面是「從太空視角看到的表面」
也就是大氣層頂部的溫度
考慮到大氣層本身的保溫效果,地表平均溫度必定高於這個溫度
因此地球表面要到-150度,幾十億年前太陽輻射較弱的時候還有可能
未來...很難