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SI 2019 基础
Symbol plate SI-D-24 sr 兩個字母都小寫不要與鍶 Sr 混淆
單位檔案 第 1 / 1 頁 · 修訂 2026-08

球面度

國際單位制導出單位 · 量:立體角

符號 sr
量綱 m²/m² = 1
整個球面 4π = 12.566 371 sr
通過 CGPM,1960 · 地位自 1995 年起
1 sr 對應的張角 65.54°
已完成譯本 36 / 33
換算立體角 平方度
01 · 定義

球面度是弧度的二維兄弟:它從球面截出的不是弧,而是一片面積。凡是輻射按方向分佈的地方就需要這個單位——光度學、天線技術、探測器物理。

一球面度是在半徑為 R 的球面上截出等於 R 平方面積的那個立體角。整球含 4π 球面度,半球含 2π,而張角為 65.54 度的圓錐恰好給出一個。量綱和弧度一樣等於一:平方米每平方米。正是通過球面度,坎德拉和流明才連在一起——發光強度乘以立體角得到光通量,沒有這個單位,光度學就散了架。

形式上
1 sr = m²⁄m² = 1    Ω = A⁄r² = 2π(1-cosθ⁄2)1 sr = m²/m² = 1    Ω = A/r² = 2π(1 − cos θ/2)
球面上的一片面積除以半徑的平方——以及它與圓錐張角的關係
A / r²
面積比半徑平方
4π
整球裡的球面度
3282.8
一球面度裡的平方度
球面上的圓錐 · 由張角得到的立體角 Ω = 2π(1 − cos θ/2)
面片 1 r²面片 %1 r² 65.54°
1
立體弧度
7.96 %
佔球面的比例
100
100 cd 的流明
恰好一球面度:張角 65.54 度的圓錐在球面上截出等於半徑平方的一片面積。這是整個球面的百分之八——比肉眼看上去要少。
球面上的 r² 面片
球面度不一定是圓的

定義只談面積,不談形狀:邊長為半徑的正方形面片,給出的球面度和圓錐一樣是一個。所以在射電天文學裡,天空不規則區域的立體角是用簡單積分算出來的。

02 · 換算

輸入一個立體角——這一頁替你換算

天文學家用平方度數天上的面積:整個天空 41 253,獵戶座約 594,滿月 0.2。平方度比球面度小 3283 倍,而它是球面度唯一實用的替代。

1 sr = 球面的 1/4π

一球面度大約是整球的百分之八。由此有一個簡單的參照:一坎德拉的光源向四面八方發光,共給出 12.57 流明,而在一個球面度之內恰好一個。

換算表
1 sr = 1 sr
單位名稱數值常見於何處
sr 球面度,國際單位制單位 1 光度學、輻射度學
msr 毫球面度 1000 發光二極管、光學
µsr 微球面度 1 000 000 激光、天線
nsr 納球面度 1·10⁹ 天文學
球 整球,4π 球面度 0.07958 各向同性光源
m²/m² 平方米每平方米 1 球面度是無量綱的
度² 平方度 3283 巡天、星表
分² 平方角分 1.182·10⁷ 望遠鏡圖像
秒² 平方角秒 4.255·10¹⁰ 天體測量
半球 半球,2π 球面度 0.15915 桌上的一盞燈
sr 立體弧度 1 今天的單位
圓錐的張角
3282.7 平方度
半徑 1 m 球面上的面積
999.97 msr

平方度是巡天的工作單位:整個天空是 41 253 平方度。窄光束用平方角分和平方角秒,半球則直接稱呼,因為桌上的燈正好照進它裡面。

03 · 數量級
從望遠鏡的像素到整個球面

一球面度——65.5° 的圓錐

1 sr
換成平方度: 3282.8 · 佔球面的比例: 7.958 %
10⁻¹⁴ sr
1 nsr
1 µsr
1 msr
4π sr
04 · 測量儀器

哪裡在數球面度

光度學 · 天線 · 探測器
沿角度巡視
分佈光度計

它按方向測量發光強度並對球面度積分:這樣就從坎德拉得到了以流明計的完整光通量。沒有球面度,這個積分就無從下手。

天線方向圖
天線試驗場

天線的增益就是 4π 除以它波束的立體角。一毫球面度的窄波束給出數千倍的增益——所以碟形天線要對準到零點幾度。

像素 = 立體角
望遠鏡相機

每個像素都從自己的立體角里收集光。天空亮度以每平方角秒的單位來測量,換算成球面度要除以 4.25·10¹⁰。

4π 探測器
全覆蓋探測器

在粒子物理裡,裝置的效率用 4π 的份額來表示:覆蓋所有方向的探測器能抓住每一個衰變產物。

05 · 書寫規則

sr 用小寫——Sr 是鍶

符號用兩個小寫字母書寫;大寫的 S 會變成一個化學元素。和弧度一樣,球面度無量綱,公式裡可以略去,但在流明的寫法中要保留:cd·sr 讀起來毫不含糊,而沒有 sr 的「坎德拉」就會和發光強度混淆。

正確
1 lm = 1 cd·sr
4π sr
12 msr
錯誤
4π Sr
12 msr
平方弧度

平方度不是國際單位制單位,但天文學裡允許使用。它不加詞頭:沒有毫平方度這種東西,小面積要寫成平方角分和平方角秒。

06 · 相鄰單位

球面度與弧度一起,合上了國際單位制無量綱單位的這一對,並把光度學扛在肩上:每球面度坎德拉得到流明,每平方米流明得到勒克斯。在輻射度學裡,球面度用來定義輻亮度,單位是瓦每球面度每平方米。

rad
平面角
m / m
sr
立體角
m² / m²
lm
光通量
cd · sr
Ω = A⁄r²    Φ = I Ω    G = 4π⁄ΩAΩ = A/r²   Φ = I·Ω   G = 4π/Ω

從月球看地球,立體角約為 0.0007 球面度——大致是從地球看月球的十三倍,因為地球的直徑就大這麼多。

07 · 歷史部分

立體角從前用什麼來量

檔案 · 部分仍在使用
天文學 · 使用中
平方度
平方度

天上的面積:LSST 巡天覆蓋 18 千,整個天空 41 253。星表和巡天的標準,在天文學裡與國際單位制並存。

1 平方度 = 3.046·10⁻⁴ sr
光度學 · 19 世紀
孔徑
孔徑角

在球面度引入之前,照明技術人員用開口直徑和距離來描述光束。每換一種幾何形狀就得重算一遍,不同實驗室的結果也對不上。

1960 年由 sr 取代
粒子物理
佔 4π 的比例
佔整球的比例

探測器的效率不用球面度表示,而用 4π 的百分比:這樣更清楚地看出捉住了多大比例的粒子,又有多少悄悄飛了過去。

4π = 12.566 sr
無線電技術
dBi
增益的分貝數

人們不給天線波束的立體角,而給出以分貝計的增益:30 dBi 意味著約 12 毫球面度的波束。工程師說分貝,公式說球面度。

G = 4π / Ω
面片 = r² 張角 65.5°
計量學札記

正是這個單位,讓坎德拉留在了基本單位裡

從形式上說球面度等於一。1970 年代曾討論過一個提議:把它連同弧度一起從制度裡去掉,把坎德拉改成瓦特的導出單位。照明技術界反對:沒有球面度,發光強度和光通量之間的區別就消失了,而整個行業的文件都建立在這一對概念上。1995 年的折中給了兩個角度單位量綱為一的導出單位地位——形式上它們什麼都不表示,但在 cd·sr = lm 這個寫法裡,意義正是由它們承載的。

目錄 · 國際單位制

每個量都有一份檔案

七個基本單位、二十二個有專名的導出單位,以及那些已經不再使用的制度的檔案。每一個都有自己的一頁:定義、換算、儀器、書寫規則。共 36 種語言。

7
基本
22
導出
33
種語言

基本單位

赤陶色——球面度由它們構成
m
米
長度
kg
公斤
質量
s
秒
時間
A
安培
電流
K
開爾文
溫度
mol
莫耳
物質的量
cd
燭光
發光強度

有專名的導出單位

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歷史制度

符號檔案
Gs
高斯,CGS,10⁻⁴ T
kGs
千高斯
γ
伽馬 = 納特斯拉
Oe
奧斯特,CGS 裡的磁場強度
Wb/m²
每平方米韋伯 = 特斯拉
T
特斯拉——SI 單位
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