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SI 2019 基础
Symbol plate SI-D-24 sr 两个字母都小写不要与锶 Sr 混淆
单位档案 第 1 / 1 页 · 修订 2026-08

球面度

国际单位制导出单位 · 量:立体角

符号 sr
量纲 m²/m² = 1
整个球面 4π = 12.566 371 sr
通过 CGPM,1960 · 地位自 1995 年起
1 sr 对应的张角 65.54°
已完成译本 36 / 33
换算立体角 平方度
01 · 定义

球面度是弧度的二维兄弟:它从球面截出的不是弧,而是一片面积。凡是辐射按方向分布的地方就需要这个单位——光度学、天线技术、探测器物理。

一球面度是在半径为 R 的球面上截出等于 R 平方面积的那个立体角。整球含 4π 球面度,半球含 2π,而张角为 65.54 度的圆锥恰好给出一个。量纲和弧度一样等于一:平方米每平方米。正是通过球面度,坎德拉和流明才连在一起——发光强度乘以立体角得到光通量,没有这个单位,光度学就散了架。

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)
球面上的一片面积除以半径的平方——以及它与圆锥张角的关系
A / r²
面积比半径平方
4π
整球里的球面度
3282.8
一球面度里的平方度
球面上的圆锥 · 由张角得到的立体角 Ω = 2π(1 − cos θ/2)
面片 1 r²面片 %1 r² 65.54°
1
球面度
7.96 %
占球面的比例
100
100 cd 的流明
恰好一球面度:张角 65.54 度的圆锥在球面上截出等于半径平方的一片面积。这是整个球面的百分之八——比肉眼看上去要少。
球面上的 r² 面片
球面度不一定是圆的

定义只谈面积,不谈形状:边长为半径的正方形面片,给出的球面度和圆锥一样是一个。所以在射电天文学里,天空不规则区域的立体角是用简单积分算出来的。

02 · 换算

输入一个立体角——这一页替你换算

天文学家用平方度数天上的面积:整个天空 41 253,猎户座约 594,满月 0.2。平方度比球面度小 3283 倍,而它是球面度唯一实用的替代。

1 sr = 球面的 1/4π

一球面度大约是整球的百分之八。由此有一个简单的参照:一坎德拉的光源向四面八方发光,共给出 12.57 流明,而在一个球面度之内恰好一个。

换算表
1 sr = 1 sr
单位名称数值常见于何处
sr 球面度,国际单位制单位 1 光度学、辐射度学
msr 毫球面度 1000 发光二极管、光学
µsr 微球面度 1 000 000 激光、天线
nsr 纳球面度 1·10⁹ 天文学
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 球面度是无量纲的
度² 平方度 3283 巡天、星表
分² 平方角分 1.182·10⁷ 望远镜图像
秒² 平方角秒 4.255·10¹⁰ 天体测量
半球 半球,2π 球面度 0.15915 桌上的一盏灯
sr 球面度 1 今天的单位
圆锥的张角
3282.7 平方度
半径 1 m 球面上的面积
999.97 msr

平方度是巡天的工作单位:整个天空是 41 253 平方度。窄光束用平方角分和平方角秒,半球则直接称呼,因为桌上的灯正好照进它里面。

03 · 数量级
从望远镜的像素到整个球面

一球面度——65.5° 的圆锥

1 sr
换成平方度: 3282.8 · 占球面的比例: 7.958 %
10⁻¹⁴ sr
1 nsr
1 µsr
1 msr
4π sr
04 · 测量仪器

哪里在数球面度

光度学 · 天线 · 探测器
沿角度巡视
分布光度计

它按方向测量发光强度并对球面度积分:这样就从坎德拉得到了以流明计的完整光通量。没有球面度,这个积分就无从下手。

天线方向图
天线试验场

天线的增益就是 4π 除以它波束的立体角。一毫球面度的窄波束给出数千倍的增益——所以碟形天线要对准到零点几度。

像素 = 立体角
望远镜相机

每个像素都从自己的立体角里收集光。天空亮度以每平方角秒的单位来测量,换算成球面度要除以 4.25·10¹⁰。

4π 探测器
全覆盖探测器

在粒子物理里,装置的效率用 4π 的份额来表示:覆盖所有方向的探测器能抓住每一个衰变产物。

05 · 书写规则

sr 用小写——Sr 是锶

符号用两个小写字母书写;大写的 S 会变成一个化学元素。和弧度一样,球面度无量纲,公式里可以略去,但在流明的写法中要保留:cd·sr 读起来毫不含糊,而没有 sr 的「坎德拉」就会和发光强度混淆。

正确
1 lm = 1 cd·sr
4π sr
12 msr
错误
4π Sr
12 msr
平方弧度

平方度不是国际单位制单位,但天文学里允许使用。它不加词头:没有毫平方度这种东西,小面积要写成平方角分和平方角秒。

06 · 相邻单位

球面度与弧度一起,合上了国际单位制无量纲单位的这一对,并把光度学扛在肩上:每球面度坎德拉得到流明,每平方米流明得到勒克斯。在辐射度学里,球面度用来定义辐亮度,单位是瓦每球面度每平方米。

rad
平面角
m / m
sr
立体角
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

从月球看地球,立体角约为 0.0007 球面度——大致是从地球看月球的十三倍,因为地球的直径就大这么多。

07 · 历史部分

立体角从前用什么来量

档案 · 部分仍在使用
天文学 · 使用中
平方度
平方度

天上的面积:LSST 巡天覆盖 18 千,整个天空 41 253。星表和巡天的标准,在天文学里与国际单位制并存。

1 平方度 = 3.046·10⁻⁴ sr
光度学 · 19 世纪
孔径
孔径角

在球面度引入之前,照明技术人员用开口直径和距离来描述光束。每换一种几何形状就得重算一遍,不同实验室的结果也对不上。

1960 年由 sr 取代
粒子物理
占 4π 的比例
占整球的比例

探测器的效率不用球面度表示,而用 4π 的百分比:这样更清楚地看出捉住了多大比例的粒子,又有多少悄悄飞了过去。

4π = 12.566 sr
无线电技术
dBi
增益的分贝数

人们不给天线波束的立体角,而给出以分贝计的增益:30 dBi 意味着约 12 毫球面度的波束。工程师说分贝,公式说球面度。

G = 4π / Ω
面片 = r² 张角 65.5°
计量学札记

正是这个单位,让坎德拉留在了基本单位里

从形式上说球面度等于一。1970 年代曾讨论过一个提议:把它连同弧度一起从制度里去掉,把坎德拉改成瓦特的导出单位。照明技术界反对:没有球面度,发光强度和光通量之间的区别就消失了,而整个行业的文件都建立在这一对概念上。1995 年的折中给了两个角度单位量纲为一的导出单位地位——形式上它们什么都不表示,但在 cd·sr = lm 这个写法里,意义正是由它们承载的。

目录 · 国际单位制

每个量都有一份档案

七个基本单位、二十二个有专名的导出单位,以及那些已经不再使用的制度的档案。每一个都有自己的一页:定义、换算、仪器、书写规则。共 36 种语言。

7
基本
22
导出
33
种语言

基本单位

赤陶色——球面度由它们构成
m
米
长度
kg
千克
质量
s
秒
时间
A
安培
电流
K
开尔文
温度
mol
摩尔
物质的量
cd
坎德拉
发光强度

有专名的导出单位

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历史制度

符号档案
Gs
高斯,CGS,10⁻⁴ T
kGs
千高斯
γ
伽马 = 纳特斯拉
Oe
奥斯特,CGS 里的磁场强度
Wb/m²
每平方米韦伯 = 特斯拉
T
特斯拉——SI 单位
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