如今，太空中的探測衛星源源不斷地將太陽觀測數據傳送下來，我們可能很難想象，當年的人們需要花費多年的努力才能獲取到一丁點關于太陽的可靠信息。

然而，盡管取得了諸多進展，一個有著上百年歷史的基本問題尚未得到解決。太陽產生的總能量是多少，它真的是恒定的嗎？答案仍然令人難以捉摸。現在，太陽能量輸出（即太陽總輻照度，英文縮寫為 TSI）的確切數值是氣候建模和全球能量平衡計算的重要一環，因此了解這顆離我們最近的恒星如何工作就變得更加重要了。

冉冉升起的恒星 盡管太陽離地球相對較近，但是在十九世紀的大部分時間里，天文學家對我們的這顆恒星仍然缺乏基本的了解。即使是明顯的特征也無法解釋，比如這張引人注目的日出照片中顯示的太陽黑子。盡管技術取得了進步，但太陽仍然擁有許多秘密。

在十九世紀的大部分時間里，人們對太陽如何工作幾乎一無所知。沒人知道太陽黑子、光斑、日珥或者太陽內部任何事物的成因。即便是最明顯的問題也能成為令人頭疼的難題。太陽的熱量是如何產生和維持的？它是穩定的還是變化的？它會持續多久？最明顯的問題是，太陽有多熱？1876 年，法國巴黎科學院發布懸賞，任何能夠確定太陽表面溫度的人可以贏得數千法郎以及國際聲望。一場比賽由此開始。

/ 熱身運動

一種早期的、有前途的方法是將太陽光直接聚焦在一個裝有水（或其他液體）的容器上，并計算加熱所需的時間。太陽如果溫度高的話，就會比溫度低時更快地加熱液體。1837 年，英國天文學家約翰 · 赫歇爾（John Herschel）在南非好望角測試了這一概念。同年，物理學家克勞德 · 普耶（Claude Pouillet）在法國所做的實驗表明，1.76 克水在陽光下一分鐘內升溫 1°C（也可以表示為每平方厘米每分鐘 1.76 卡路里）。他將這一數值命名為" 太陽常數 "。

測量太陽 法國天文學家克勞德 · 普耶在早期嘗試測量太陽常數時使用了太陽熱量計。該裝置由一個可加熱少量水的暗板（指向太陽）組成，水的溫度由內置的溫度計測量。

這是一個開始，但是數據只有結合其背景才有意義。只有長期反復的實驗才能揭示太陽常數到底是不是常數。這就帶來兩個直接的問題。首先是地球大氣，我們人類生活在波濤洶涌的大氣海洋的底部。這對結果會有什么影響？世界不同地區、海拔、天氣條件和時間又將如何影響結果？第二個主要問題是，直到十九世紀晚期，還沒有辦法在數學上由地球上測量的熱量值推導出太陽表面溫度的可靠值。

即使想要解決這些問題中的第一個，也是一項艱巨的挑戰。早期的研究人員認為，這項任務只需要確定太陽光在到達他們探測器之前減弱的程度。對大氣總吸收量的估計從約 30% 到這個值兩倍多都有，導致對太陽表面溫度估計值也是五花八門。這顯然不太對勁。

問題的關鍵隱藏在太陽光的七彩顏色中。早在 1814 年，德國光學儀器專家和物理學家約瑟夫 · 馮 · 夫瑯和費（Joseph von Fraunhofer）就在使用他發明的分光鏡研究太陽光，但是當時沒人知道分光信息如何（甚至是能否）揭示太陽的溫度。

夫瑯和費的太陽光譜呈現出一個由強度不等的暗線組成的迷人森林。如果以波長和強度分別作為 X 軸和 Y 軸繪圖，會得到一個圓弧形的曲線，中間偶爾被陡峭的下降所打斷。當陽光穿過地球大氣時，吸收特征（也就是地球大氣譜線）會疊加在光譜上，其中最突出的是大氣中的水蒸氣、二氧化碳、氧氣和臭氧的譜線。揭示太陽常數意味著能夠將地球大氣譜線與太陽大氣中固有的譜線區分開來。為此，必須在每個波長處計算地球大氣的透射系數。這是一項艱巨的任務。然而，對于太陽研究的未來來說，時機是幸運的——美國史密松天體物理臺 ( SAO ) 的兩位太陽物理先驅者已經完全準備好解決這個問題了。

山頂小屋 這座位于加利福尼亞州惠特尼山海拔 14502 英尺（譯注：約為 4420 米，為美國本土最高峰）山頂的石鋼結構小屋是阿博特收集數據以追獵太陽常數的地點之一。這座小屋建于 1909 年，今天仍然佇立在那里，經常被徒步旅行者用來休息。

/ 志同道合

史密松天體物理臺的創始人、富有遠見的科學家和航空愛好者塞繆爾 · 皮爾龐特 · 蘭利 ( Samuel Pierpont Langley ) 一直被太陽研究所吸引。確定我們星球的大氣層對太陽光的吸收程度將成為蘭利對天文學的第一個重大貢獻。

1881 年，他發明了一種被稱為測輻射熱計（bolometer）的設備，用于測量不同波長處的太陽熱量。這是一項至關重要的創新，因為就像天空是藍色的、落日是紅色的一樣，大氣的吸收和散射隨著波長的變化而發生巨大的變化。蘭利在美國加利福尼亞州惠特尼山的高處測量陽光，獲得了基于 12 個選定波長的太陽輻射曲線，并得出了每平方厘米每分鐘 2.54 卡路里的太陽常數——比普耶測的 1.76 要高。蘭利的研究結果很粗略，但他的目的是建立概念，并證明他逐個波長測量大氣透射的方法是計算太陽常數的可行方法。

接下來，蘭利最需要的是尋找有能力的合作者，幫助他的工作更上一層樓。他有幸遇到了一位才華橫溢、擁有獨門絕技的新英格蘭人。他們的人生之路在麻省理工學院 ( MIT ) 的一間地下實驗室交會了。

很難想象有哪兩個人的外表能像塞繆爾 · 皮爾龐特 · 蘭利和查爾斯 · 格里利 · 阿博特（Charles Greeley Abbot）這樣差異巨大，前者溫文爾雅、衣冠楚楚，后者則是粗獷的農場男孩。阿博特 1872 年出生于美國新罕布什爾州的威爾頓，他在農舍長大，那里除了廚房和有著大壁爐的客廳，所有房間都冷得要命。樓上是他的伯祖父留下的藏書，這位伯祖父是發明家。星期六，阿博特很高興 " 偷偷溜到樓上的北極房間 "，翻開那些滿是灰塵的書籍，閱讀關于鐘表和詹姆斯 · 瓦特雙作用冷凝式蒸汽機的工作原理。阿博特后來寫道，" 為了弄明白這些東西的原理，我寧可幾個小時都凍得直打哆嗦。" 或許，后來研究熱成為他畢生的事業也就不足為奇了。阿博特是個好奇的修補匠，小時候用廚房的爐子作為噴燈為家里焊鍋，13 歲時他建造了一個鍛造爐來修理農具。

太陽先驅者 這是一張查爾斯 · 格里利 · 阿博特在 1913 年到 1917 年間的某個時候帶著他的銀盤太陽熱量計的照片，這是一種用于測量太陽輻照度的設備。與測量不同波長輻射強度的測輻射熱計不同，太陽熱量計測量太陽輻射的總量。

阿博特未來的職業一定程度上是由偶然因素決定的。他中學就讀于美國馬薩諸塞州安多福的菲利普斯學院。有一天，他的一些同學決定去波士頓參加麻省理工學院的入學考試。阿博特和同學一起坐火車到了波士頓，因為不想一個人在城里閑逛，他心血來潮決定也去考考試試。阿博特輕松通過了考試并被麻省理工錄取，最終以優異成績從物理學專業畢業。

在麻省理工讀研究生的時候，阿博特遇到了衣冠楚楚的蘭利，他碰巧路過這里想要給自己找個助手。" 你想不想看看我的實驗？" 阿博特問道。" 我應該會非常喜歡，" 蘭利回答道。他們聊了一會兒，并毫無疑問地感受到了志同道合，蘭利聘請了這位和藹可親的發明家。這個男孩不久前還在制造自行車和水磨坊，很快就會制造出非常靈敏的科學儀器。

1895 年，阿博特來到史密松天體物理臺工作，他的第一個任務是幫助蘭利繪制太陽紅外光譜中的夫瑯和費線。蘭利很快就發現了這個年輕人在使用精密儀器方面的天賦，并立即讓他作為合作者參與測量太陽輻射強度的重要工作。隨著時間的推移，蘭利的興趣又轉向新興的航空領域，于是讓阿博特負責太陽研究工作。

阿博特制造了兩臺用于探測太陽熱量的儀器。第一個是普耶使用的太陽熱量計（pyrheliometer），這是一種奇怪的溫度計，配有一端涂黑的銀盤，用于指向太陽。該設備跟蹤天空中的太陽，測量太陽輻射的光在穿過不同厚度的地球大氣層時的變化。第二種儀器是蘭利測輻射熱計的改進版本，它本質上是一根導線，當特定波長的輻射被棱鏡分光之后指向它時，它的電阻會發生變化。阿博特讓整個太陽光譜掃過導線，由此可以繪制出強度對波長的太陽輻射輸出曲線。

阿博特在多個天頂角方向上收集了 44 個不同波長的太陽輻射和大氣透射數據，然后通過數學方法外推這些信息以確定地球大氣層外的輻射值。1908 年，阿博特分析了他的數據，發現太陽常數的平均值為 2.01 卡路里，相當于每平方米約 1403 瓦。到了 1915 年，通過觀測數據的積累和方法的改進，阿博特將這個數字修正為 1.93 卡路里——接近 1.95 或每平方米 1361 瓦的現代值。

塞繆爾 · 皮爾龐特 · 蘭利是一位富有遠見的太陽科學家和早期航空發燒友，他曾經寫道：" 觀測太陽向地球發出的熱是天體物理學中最重要和最困難的任務之一。" 在擔任美國賓夕法尼亞州阿勒格尼天文臺第一任臺長期間，蘭利使用天文臺的 13 英寸菲茨 - 克拉克折射鏡詳細繪制了 1873 年 12 月穿過太陽表面的一個 " 典型 " 的太陽黑子。

讓人悲傷的是，阿博特的偉大導師塞繆爾 · 蘭利于 1906 年去世，無法看到好伙伴阿博特努力的成果。盡管蘭利在太陽物理學方面的早期成就舉足輕重，但是他對早期航空業的巨大貢獻更為人們所銘記。有幾個重要設施以他的名字命名，包括位于美國弗吉尼亞州的蘭利空軍基地和美國航天局蘭利研究中心。