На солнце радиация – Что такое солнечная радиация и как она влияет на человека

В период солнечных вспышек, Солнце еще излучает рентгеновские лучи. Суммарная солнечная радиация этих лучей от звезды сначала наблюдалась Т. Бернайтом во время полета ракеты V-2. Позже, этот факт был подтвержден в Японии в 1991 году.

Когда электромагнитная радиация Солнца воздействует на атмосферу Земли, определенное количество суммарной солнечной радиации впитывается, в то время как другие виды излучения продолжают двигаться к поверхности нашей планеты. В частности, УФ (ультрафиолетовый свет) впитывается озоновым слоем и вторично излучается в виде тепла, что приводит к нагреву стратосферы. Часть этого тепла вновь излучается в космическое пространство, а оставшаяся часть отправляется на земную поверхность.

Тем временем электромагнитная радиация, которая не была поглощена атмосферой, продолжает двигаться к поверхности Земли, и подогревает ее. Достигнув атмосферы, часть тепла впитывается, а часть — проходит сквозь нее. Теперь вы знаете о распределении и видах солнечной радиации.

Положение и движение Солнца

Строение Солнца

Особенности Солнца

Общее

v-kosmose.com

Солнечная радиация, какой она нам представляется

О солнце и его энергии написаны многие тысячи книг. О нем пишут физики и химики, астрономы и астрофизики, географы и геологи, биологи и инженеры. И в этом нет ничего удивительного. Ведь солнце является источником жизни для всего земного.

Солнце испаряет воду с океанов, морей, с земной поверхности. Оно превращает эту влагу в водяные капли, образуя облака и туманы, а затем заставляет ее снова падать на Землю в виде дождя, снега, росы или инея, создавая, таким образом, гигантский круговорот влаги в атмосфере.

Солнечная энергия является источником общей циркуляции атмосферы и циркуляции воды в океанах. Она как бы создает гигантскую систему водяного и воздушного отопления нашей планеты, перераспределяя тепло по земной поверхности.

Солнечный свет, попадая на растение, вызывает у него процесс фотосинтеза, определяет рост и развитие растений; попадая на почву, он превращается в тепло, нагревает ее, формирует почвенный климат, давая тем самым жизненную силу находящимся в почве семенам растений, микроорганизмам и населяющим ее живым существам, которые без этого тепла пребывали бы в состоянии анабиоза (спячки).

А разве могли бы обойтись без солнца люди и животные? Конечно, нет. Они, если не прямо, то косвенно зависят от него, поскольку не могут жить без воды и без пищи.

Итак, Солнце — это основной источник энергии на Земле и, первопричина, создавшая большинство других энергетических ресурсов нашей планеты, таких, как запасы каменного угля, нефти, газа, энергии ветра и падающей воды, электрической энергии и т. д.

Энергия Солнца, которая в основном выделяется в виде лучистой энергии, так велика, что ее трудно даже себе представить. Достаточно сказать, что на Землю поступает только одна двухмиллиардная доля этой энергии, но она составляет около 2,5∙10

Солнце — самая близкая к нам звезда, представляющая собой огромный светящийся газовый шар, диаметр которого примерно в 109 раз больше диаметра Земли, а его объем больше объема Земли примерно в 1 млн. 300 тыс. раз. Средняя плотность Солнца составляет около 0,25 от плотности нашей планеты.

Поскольку Солнце не твердый, а газовый шар, говорить о его размерах следует условно, понимая под ними размеры видимого с Земли солнечного диска.

Внутренняя часть Солнца недоступна наблюдению. Она представляет собой своеобразный атомный котел гигантских размеров, где под давлением около 100 миллиардов атмосфер происходят сложные ядерные реакций, во время которых водород превращается в гелий. Они-то и являются источником энергии Солнца. Температура внутри Солнца оценивается в 16 миллионов градусов.

О том, что это за температура, английский ученый Д. Джине в книге «Вселенная вокруг нас» говорит следующее: «…булавочная головка из вещества, нагретого до температуры, которая царит в центре Солнца, излучала бы столько тепла, что человек, находящийся на расстоянии в 150 км от нее, сгорел бы мгновенно». Газ, который бушует в недрах Солнца, не только необычайно горяч, но и очень тяжел. Его плотность в 11,4 раза превышает плотность Солнца. В этом атомном котле возникают невидимые рентгеновские лучи. Прежде чем достигнуть поверхности Солнца, они проходят очень извилистый путь, преодоление которого занимает около 20 тысяч лет. Чем ближе они приближаются к поверхности Солнца, тем все больше увеличиваются длины волн, а частота колебаний уменьшается, пока они не превращаются в ультрафиолетовый и видимый свет.

По мере изменения характера лучистой энергии меняется и температура Солнца. На расстоянии ³/₄ радиуса от центра она снижается примерно до 150 тысяч градусов. Наблюдать с Земли можно только внешнюю оболочку Солнца (фотосферу). Она-то и излучает солнечную радиацию. Толщина фотосферы всего около 300 км, а температура ее поверхности 5700 градусов.

Выше слоя фотосферы располагается солнечная атмосфера. Солнечную атмосферу ученые разделяют на две части. Нижний ее слой, где вспыхивают языки пламени солнечного газа, называется хромосферой, а верхний — практически безграничный слой — солнечной короной. Температура ее газов достигает миллионов градусов, то есть в тысячи раз выше, чем температура фотосферы.

Столь огромное повышение (а не понижение) температуры солнечных газов по мере удаления от Солнца ученые объясняют возникновением ударных волн, рождающихся чудовищной силы шумом, который происходит на поверхности светила.

Современные исследования космических станций показывают, что газы солнечной короны заполняют все межпланетное пространство солнечной системы. Газовые частицы, непрерывно излучаемые солнечной короной (корпускулы), образуют в межпланетном пространстве своеобразный «солнечный ветер». О некоторых свойствах этого ветра можно узнать, наблюдая поведение комет или магнитные возмущения в верхних слоях атмосферы, расположенных вблизи магнитных полюсов Земли.

Скорость газовых частиц, образующих «солнечный ветер», 300—500, а по некоторым данным даже 800 км в секунду. Благодаря этому «ветру» Солнце непрерывно теряет не только энергию, но и массу. Он ежегодно уносит от Солнца около 1,4Х10¹³ тонн вещества. Но, хотя эта цифра и астрономическая, потери солнечной материи, по сравнению с общей массой Солнца, так малы, что могут привести к уменьшению ее на один процент лишь через сто миллиардов лет.

Земля, как, впрочем, и все планеты солнечной системы, окружена не безвоздушным холодным пространством, а раскаленным корональным газом, температура которого достигает десятков тысяч градусов. Верхний разреженный слой атмосферы Земли (экзосфера) как бы сливается с этим потоком летящих от Солнца горячих газов. Поэтому и температура частиц воздуха, здесь достигает сотен градусов выше нуля.

Помимо газовых частиц (корпускул), которые, как мы сказали, летят от Солнца со скоростью 300—500 и более км/сек, и достигают поверхности Земли примерно через 8 — 10 минут, Солнце излучает энергию в виде электромагнитных волн различной длины и частоты, начиная от нескольких Ангстрем и кончая очень длинными радиоволнами. Основная часть приходящей на Землю солнечной радиации лежит в пределах 0,17—24 микрона, причем 99 процентов этой радиации приходится на участок спектра от 0,17 до 4 микрон. Радиация Солнца с длинами волн меньше 0,17 микрон поглощается верхними слоями атмосферы, и измерить ее можно, только поднявшись на большие высоты. Эта коротковолновая ультрафиолетовая радиация Солнца является очень опасной для жизни живых организмов. Если бы атмосфера не предохраняла нас от нее, то жизнь человека на Земле была бы невозможной.

Солнечная радиация с длинами волн больше 24 микрон составляет ничтожно малую величину и в практических расчетах не учитывается. Весь остальной спектр радиации Солнца (от 0,17 до 4 микрон) обычно делят на 3 части. Первая часть — ультрафиолетовая радиация (от 0,17 до 0,35 микрона). За очень сильное воздействие на живые организмы ее иногда называют химической радиацией. Именно она вызывает изменения в составе кожного пигмента и образует солнечный загар, а при длительном воздействии — эритему или ожог. Длительное облучение ею губительно действует на многие микроорганизмы. Однако, несмотря на огромное значение этой радиации в жизни растений и животных, доля ее в энергетическом балансе Земли не превышает 7 процентов.

Вторую часть солнечного спектра (от 0,35 до 0,75 микрона) составляет световая радиация, то есть то, что мы называем солнечным светом. На долю этой радиации в энергетическом балансе приходится уже 46 процентов.

И наконец, третью часть солнечного спектра (от 0,76 до 4 микрон и далее) образует так называемая инфракрасная, уже невидимая для глаза, радиация (47 процентов).

Если смотреть на Солнце через темное стекло, туман или дымку (особенно, когда оно находится близко к горизонту), то можно увидеть огромное темное пятно. В действительности оказывается, что это пятно, являющееся основанием фотосферы, отнюдь не сплошное и по внешнему виду напоминает вымощенную булыжником мостовую.

Наблюдения показывают, что поверхность Солнца никогда не бывает спокойна. Углубления на этой «мостовой» иногда сливаются между собой, образуя большие темные пятна, свидетельствующие о сильных вертикальных движениях солнечных газов; во время солнечной активности таких пятен одновременно может насчитываться несколько, в спокойные же периоды, наоборот, поверхность Солнца месяцами остается чистой. Изучая частоту и интенсивность полярных сияний, которые увеличиваются и усиливаются в период солнечной активности, ученые установили, что солнечная активность имеет свою периодичность 2, 6, 11, 26 и около 100 лет. Особенно хорошо прослеживается 11-летний цикл.

В те годы, когда максимумы или гребни этих волн накладываются друг на друга, усиление солнечной активности происходит наиболее резко.

Как раз такая ситуация создалась в 1957 году, который ученые выбрали в качестве Международного геофизического года для организации своих наблюдений одновременно на всем земном шаре.

В этот год число солнечных пятен (оно измеряется в условных единицах, называемых числами Вольфа) достигло рекордного за последние 250 лет значения (рис. 1).

Активность Солнца сильно влияет на процессы, происходящие как на Земле, так и в атмосфере.

С усилением ее в атмосфере происходят магнитные возмущения, возникают магнитные бури, ухудшается или даже прекращается прохождение радиоволн.

Установлено большое влияние солнечной активности на погоду и даже климат, а также на геофизические процессы, ⁴ происходящие в твердой оболочке Земли.

Дело в том, что так называемая плоскость эклиптики, з которой происходит вращение Земли вокруг Солнца, наклонена к солнечному экватору всего на 7°. Это означает, что к Земле поступает лучистая энергия и корпускулярное излучение только из узкой экваториальной области Солнца. Вместе с тем астрономами установлено, что в период усиления солнечной активности образовавшиеся на Солнце пятна постепенно сползают от солнечных полюсов в зону солнечного экватора. Это приводит к тому, что в эти периоды к Земле приходит значительно больше ультрафиолетовых лучей и радиации сверхкоротких длин волн. Их влияние сказывается, главным образом, на высоких слоях атмосферы и мало отражается на интенсивности прямой радиации, приходящей к земной поверхности.

В высоких слоях атмосферы под влиянием ультрафиолетовой радиации Солнца молекулы кислорода О₂ расщепляются пополам, или, как говорят, диссоциируются (О₂→О+О), Образовавшиеся в результате диссоциации свободные атомы кислорода очень неустойчивы, они быстро присоединяются к какой-либо другой молекуле кислорода, образуя новый газ, называемый озоном (О₃).

Наибольшая концентрация озона наблюдается в слое атмосферы от 10 до 30 км высоты. Поэтому его часто называют слоем озона. Этот слой озона имеет очень важное значение при формировании климата не только в свободной атмосфере, но и у земной поверхности.

Дело в том, что озон поглощает значительную часть тепловых лучей, испускаемых земной поверхностью в мировое пространство. Поглотив их, он, во-первых, нагревает слой воздуха, в котором содержится, а во-вторых, возвращает тепло обратно на Землю, препятствуя ее охлаждению. Короче говоря, он действует наподобие рамы в парнике, поэтому и тепловой эффект, который он оказывает на поверхность нашей планеты, называют парниковым.

Так вот, с увеличением интенсивности солнечного излучения количество озона в атмосфере увеличивается, а максимальная его интенсивность перемещается с высоты 28— 30 км на высоту 10—11 км. Благодаря такому перераспределению озона при ясном небе равновесная температура у поверхности Земли может, повыситься на несколько градусов, что, в свою очередь, сказывается на изменении давления воздуха у земной поверхности, а вместе с ним — на общей циркуляции атмосферы. На рис. 2 показано, как закономерно меняется направление ветра в свободной атмосфере (на

высоте 30—50 км) над экватором в зависимости от 2-летнего цикла солнечной активности. Примерно каждые 2 года, а точнее через 26 месяцев, ветры от западных переходят к восточным, а затем снова к западном.

Но солнечная активность связана не только с количеством и площадью солнечных пятен. Имеются и другие астрономические условия, усиливающие или ослабляющие поступление солнечной радиации к границам земной атмосферы и создающие свою цикличность. Одним из таких условий является 27-дневный период вращения Солнца вокруг своей оси. В связи с этим вращением возникшие или скопившиеся в какой-либо части солнечного экватора темные пятна появляются или исчезают с видимого диска Солнца, изменяя тем самым количество солнечной радиации, излучаемой в сторону Земли. Такой 27-дневный цикл не может не повлиять на погоду и другие геофизические процессы, происходящие на земной поверхности и в атмосфере.

Вот какие данные о волнах холода в Ленинграде приводит, например, доктор географических наук Т. В. Покровская (1967 г). В 1-й день календаря каждого месяца среднее число волн холода равно двадцати, на 10-й день — двенадцати, на 19-й — сорока, на 26-й — тридцати семи. Как видно из сказанного, в первую половину любого месяца года вероятность теплой погоды в Ленинграде примерно в 2—3 раза выше, чем в конце месяца.

С еще более продолжительными циклами солнечной активности, равными в среднем 7 годам, связаны, по-видимому, дождливые годы на западном побережье Южной Америки, которые повторяются через каждые 7 лет, а также суровые зимы на северо-западе России, наблюдающиеся через такой же промежуток времени.

Не без влияния Солнца образуются в атмосфере и на Земле известные в народе еще с древнейших времен так называемые крещенские и сретенские морозы или частые грозы в ильин день (2 августа).

В. П. Колоколов, обработавший записи грозорегистраторов за последние годы, обнаружил, что они имеют совершенно четкую периодичность, причем наибольшая активность гроз из года в год наблюдается, если не в те дни, которые установлены народными приметами (ильин день, день Самсона и др.), то близко от них.

Значительное влияние оказывает усиление солнечной активности не только на процессы и явления, происходящие у земной поверхности, но и на состояние самого человека. Еще 15—20 лет назад химики заметили любопытное явление: некоторые коллоидные растворы ни с того ни с сего начинают терять коллоидальную устойчивость. Взвешенные в низе вещества вдруг выпадают в виде осадков, а красители обесцвечиваются. Специалисты фетрового и войлочного производств еще раньше заметили, что при определенных условиях фетр и войлок очень трудно выделываются. В цементной промышленности в то же время некоторые высокосортные сорта цемента плохо цементируются и т. д. I . Итальянскому химику Пикарди удалось установить тесную

связь этих оригинальных явлений с магнитными бурями, а через них — и с солнечной активностью. Оказалось, что нарушение коллоидального равновесия некоторых растворов всегда связано с усилением солнечной активности и увеличением корпускулярного излучения Солнца. Позднее врачи установили, что состояние людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями ухудшается при повышении солнечной активности. Причина здесь кроется в изменении состояния крови, которая, будучи своеобразным коллоидом, также оказалась подвержена воздействию повышенного излучения Солнца.

Еще до сих пор не разгадана сущность этой связи, неясно, какой вид солнечного излучения (корпускулярное или электромагнитное) и какой диапазон длин волн влияет на эти процессы. Но медики уже нашли некоторые способы защиты от их вредного действия. Иное влияние оказывает солнечное излучение в периоды спокойного Солнца. В это время увеличивается поступление солнечной энергии в световой части спектра, а вместе с ней возрастает и интенсивность прямой радиации у земной поверхности. Поэтому становится понятным такое, казавшееся ранее необъяснимым, явление природы, как увеличение на Земле в 3—4 раза числа жестоких засух. Они наблюдаются как раз в периоды минимума солнечной активности или предшествуют этим периодам.

Посмотрите на рис. 3, где показано изменение солнечной активности за последние примерно 30 лет и отмечены наиболее сильные засухи в Европе и Азии за этот же период. Рисунок полностью подтверждает то, о чем мы рассказали выше.

Ну, а теперь, получив представление о влиянии Солнца на процессы, происходящие на Земле, попытаемся разобраться в том, какое же количество солнечной энергии участвует в формировании природных процессов на нашей планете.

—Источник—

Русин, Н.П. Солнце на Земле/ Н.П. Русин [и д.р.]. – М.: Советская Россия, 1971.-  204 с.

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

Post Views: 40

big-archive.ru

Солнечная радиация и её влияние на организм человека, способы защиты

Слепящий солнечный диск во все времена будоражил умы людей, служил благодатной темой для легенд и мифов. Ещё с древности люди догадывались о его воздействии на Землю. Как близки были наши далёкие предки к истине. Именно лучистой энергии Солнца мы обязаны существованием жизни на Земле.

Что же представляет собой радиоактивное излучение нашего светила и как оно воздействует на земные процессы?

Что такое солнечная радиация

Солнечная радиация — это совокупность солнечной материи и энергии, поступающей на Землю. Энергия распространяется в виде электромагнитных волн со скоростью 300 тысяч километров в секунду, проходит через атмосферу и достигает Земли за 8 минут. Диапазон волн, участвующих в этом «марафоне», весьма широк — от радиоволн до рентгеновских лучей, включая видимую часть спектра. Земная поверхность находится под воздействием как прямых, так и рассеянных земной атмосферой, солнечных лучей. Именно рассеянием в атмосфере сине-голубых лучей объясняется голубизна неба в ясный день. Жёлто-оранжевый цвет солнечного диска обусловлен тем, что соответствующие ему волны проходят почти без рассеивания.

С запозданием на 2–3 суток земли достигает «солнечный ветер», представляющий собой продолжение солнечной короны и состоящий из ядер атомов лёгких элементов (водорода и гелия), а также электронов. Вполне естественно, что солнечная радиация оказывает сильнейшее влияние на организм человека.

Влияние солнечной радиации на организм человека

Электромагнитный спектр солнечной радиации состоит из инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой частей. Поскольку их кванты обладают различной энергией, то они оказывают разнообразное действие на человека.

1. расширение кровеносных сосудов

   Результатом воздействия инфракрасного излучения является тепловой эффект, который сопровождается расширением кровеносных сосудов, усилением кровотока и кожного дыхания. Происходит расслабление сосудов и мышц, обладающее болеутоляющим и противовоспалительным эффектом. Мягкое тепло стимулирует образование и усвоение биологически активных веществ.

2. Видимое излучение оказывает значительное фотохимическое действие, благодаря которому в окружающих тканях происходят весьма важные для организма процессы. Именно кванты видимого света активизируют работу зрительного анализатора, и человек видит мир во всём многообразии красок. Солнечный свет активизирует обменные процессы в организме, стимулирует работу коры головного мозга, улучшает эмоциональное состояние человека. Именно свет синхронизирует суточные и сезонные ритмы у человека, определяя время сна и бодрствования. Их нарушение приводит к бессоннице, ухудшению трудоспособности и депрессии.
3. Ультрафиолетовая часть является жизненно важным фактором. Её недостаток приводит к ослаблению иммунитета, обострению хронических заболеваний и функциональным расстройствам нервной системы, тормозит выработку жизненно необходимых веществ.

освещение в помещении

Чрезвычайно велико и гигиеническое значение солнечной радиации. Поскольку видимый свет является решающим фактором в получении информации о внешнем мире, в помещении необходимо обеспечивать достаточный уровень освещённости. Его регламентирование производится согласно СНиП, которые для солнечной радиации составляются с учётом свето-климатических особенностей различных географических зон и учитываются при проектировании и строительстве различных объектов.

Даже поверхностный анализ электромагнитного спектра солнечного излучения доказывает, как велико влияние этого вида радиации на организм человека.

Распределение солнечного излучения по территории Земли

Далеко не всё излучение, идущее от Солнца, достигает поверхности земли. И причин для этого немало. Земля стойко отражает атаку тех лучей, которые губительны для её биосферы. Эту функцию выполняет озоновый щит нашей планеты, не пропуская наиболее агрессивную часть ультрафиолетового излучения. Атмосферный фильтр в виде водяного пара, углекислого газа, взвешенных в воздухе пылевых частиц — в значительной степени отражает, рассеивает и поглощает солнечное излучение.

Та его часть, которая преодолела все эти преграды, падает на поверхность земли под разными углами, зависящими от широты местности. Живительное солнечное тепло распределяется по территории нашей планеты неравномерно. По мере изменения высоты стояния солнца в течение года над горизонтом изменяется масса воздуха, через которую пролегает путь солнечных лучей. Все это оказывает влияние на распределение интенсивности солнечного излучения по территории планеты. Общая тенденция такова — этот параметр увеличивается от полюса к экватору, так как чем больше угол падения лучей, тем больше тепла попадает на единицу площади.

Карты солнечной радиации позволяют иметь картину распределения интенсивности солнечного излучения по территории Земли.

Влияние солнечной радиации на климат Земли

Решающее влияние на климат Земли оказывает инфракрасная составляющая солнечной радиации.

Понятно, что это происходит лишь в то время, когда Солнце находится над горизонтом. Это влияние зависит от удалённости нашей планеты от Солнца, которое изменяется в течение года. Орбита Земли представляет собой эллипс, внутри которого и находится Солнце. Совершая свой годичный путь вокруг Солнца, Земля то удаляется от своего светила, то приближается к нему.

Кроме изменения расстояния, количество поступающей на землю радиации, определяется наклоном земной оси к плоскости орбиты (66,5°) и вызываемой ею сменой времён года. Летом она больше, чем зимой. На экваторе этого фактора нет, но по мере роста широты места наблюдения, разрыв между летом и зимой становится значительным.

В процессах, происходящих на Солнце, имеют место всевозможные катаклизмы. Их воздействие отчасти нивелировано огромными расстояниями, защитными свойствами земной атмосферы и магнитным полем Земли.

Как защититься от солнечной радиации

Инфракрасная составляющая солнечного излучения — это вожделенное тепло, которого жители средних и северных широт с нетерпением ожидают все остальные сезоны года. Солнечной радиацией как оздоровительным фактором, пользуются как здоровые, так и больные.

Однако, нельзя забывать, что тепло так же, как и ультрафиолет, относится к очень сильным раздражителям. Злоупотребление их действием может привести к ожогу, общему перегреву организма, и даже к обострению хронических заболеваний. Принимая солнечные ванны, следует придерживаться проверенных жизнью правил. Особенно осторожно следует загорать в ясные солнечные дни. Грудным детям и пожилым людям, больным с хронической формой туберкулёза и проблемами с сердечно-сосудистой системой, следует довольствоваться рассеянным солнечным излучением в тени. Этого ультрафиолета, вполне достаточно для удовлетворения нужд организма.

Даже молодым людям, не имеющих особых проблем со здоровьем, следует предусмотреть защиту от солнечной радиации.

Сейчас появилось движение, активисты которого выступают против загара. И не напрасно. Загорелая кожа, несомненно, красива. Но меланин, вырабатываемый организмом (то что мы называем загаром) — это его защитная реакция на воздействие солнечного излучения. Пользы от загара нет! Есть даже сведения, что загар укорачивает жизнь, так как радиация имеет кумулятивное свойство — она накапливается в течении всей жизни.

Если дело обстоит так серьёзно, следует скрупулёзно соблюдать правила, предписывающие как защититься от солнечной радиации:

• строго ограничивать время для загара и делать это лишь в безопасные часы;
• находясь на активном солнце, следует носить широкополую шляпу, закрытую одежду, солнцезащитные очки и зонт;
• использовать только качественный солнцезащитный крем.

Во все ли времена года солнечная радиация опасна для человека? Количество поступающего на землю солнечного излучения связано со сменой времён года. На средних широтах летом оно на 25% больше чем зимой. На экваторе этой разницы нет, но по мере роста широты места наблюдения — это различие возрастает. Это происходит из-за того, что наша планета по отношению к солнцу наклонена под углом в 23,3 градуса. Зимой оно находится низко над горизонтом и освещает землю лишь скользящими лучами, которые меньше прогревают освещаемую поверхность. Такое положение лучей вызывает их распределение по большей поверхности, что снижает их интенсивность по сравнению с летним отвесным падением. Кроме того, наличие острого угла при прохождении лучей через атмосферу, «удлиняет» их путь, заставляя терять большее количество тепла. Это обстоятельство снижает воздействие солнечной радиации зимой.

Солнце — звезда, являющаяся для нашей планеты источником тепла и света. Она «управляет» климатом, сменой времён года и состоянием всей биосферы Земли. И только знание законов этого могучего воздействия, позволит использовать этот живительный дар на благо здоровья людей.

otravleniy.info

Суммарная солнечная радиация. Солнечная радиация: виды :: SYL.ru

Яркое светило припекает нас горячими лучами и заставляет задуматься о значении радиации в нашей жизни, ее пользе и вреде. Что же такое солнечная радиация? Урок школьной физики предлагает нам для начала ознакомиться с понятием электромагнитной радиации в целом. Этим термином обозначают еще одну форму материи — отличную от вещества. Сюда относится и видимый свет, и спектр, не воспринимаемый глазом. То есть рентгеновские лучи, гамма-лучи, ультрафиолетовые и инфракрасные.

Электромагнитные волны

При наличии источника-излучателя радиации ее электромагнитные волны распространяются во всех направлениях со скоростью света. Эти волны, как любые другие, имеют определенные характеристики. К ним относятся частота колебаний и длина волны. Свойством испускать радиацию обладают любые тела, чья температура отличается от абсолютного нуля.

Солнце — основной и мощнейший источник радиации вблизи нашей планеты. В свою очередь, Земля (ее атмосфера и поверхность) и сама излучает радиацию, но в другом диапазоне. Наблюдение за температурными условиями на планете в течение длительных промежутков времени породило гипотезу о равновесии количества тепла, получаемого от Солнца и отдаваемого в космическое пространство.

Радиация солнца: спектральный состав

Абсолютное большинство (около 99%) солнечной энергии в спектре лежит в интервале длин волн от 0,1 до 4 мкм. Оставшийся 1% — лучи большей и меньшей длины, включая радиоволны и рентгеновское излучение. Около половины лучистой энергии солнца приходится на тот спектр, который мы воспринимаем взглядом, примерно 44% — на инфракрасное излучение, 9% — на ультрафиолетовое. Откуда нам известно, как делится солнечная радиация? Расчет ее распределения возможен благодаря исследованиям с космических спутников.

Есть вещества, способные приходить в особое состояние и излучать дополнительную радиацию другого волнового диапазона. К примеру, встречается свечение при низких температурах, не характерных для испускания света данным веществом. Данный вид радиации, получивший название люминесцентной, не поддается обычным принципам теплового излучения.

Явление люминесценции происходит после поглощения веществом некоторого количества энергии и перехода в другое состояние (т. н. возбужденное), более энергетически высокое, чем при собственной температуре вещества. Люминесценция появляется при обратном переходе — из возбужденного в привычное состояние. В природе мы можем наблюдать ее в виде ночных свечений неба и полярного сияния.

Наше светило

Энергия солнечных лучей — почти единственный источник тепла для нашей планеты. Собственная радиация, идущая из ее глубин к поверхности, имеет интенсивность, меньшую примерно в 5 тысяч раз. При этом видимый свет — один из важнейших факторов жизни на планете — лишь часть солнечной радиации.

Энергия солнечных лучей переходит в тепло меньшей частью — в атмосфере, большей — на поверхности Земли. Там она расходуется на нагревание воды и почвы (верхних слоев), которые затем отдают тепло воздуху. Будучи нагретыми, атмосфера и земная поверхность, в свою очередь, испускают инфракрасные лучи в космос, при этом охлаждаясь.

Солнечная радиация: определение

Ту радиацию, которая идет к поверхности нашей планеты непосредственно от солнечного диска, принято именовать прямой солнечной радиацией. Солнце распространяет ее во всех направлениях. С учетом огромного расстояния от Земли до Солнца, прямая солнечная радиация в любой точке земной поверхности может быть представлена как пучок параллельных лучей, источник которых — практически в бесконечности. Площадь, расположенная перпендикулярно лучам солнечного света, получает, таким образом, ее наибольшее количество.

Плотность потока радиации (или энергетическая освещенность) служит мерой ее количества, падающего на определенную поверхность. Это объем лучистой энергии, попадающей в единицу времени на единицу площади. Измеряется данная величина — энергетическая освещенность — в Вт/м². Наша Земля, как всем известно, обращается вокруг Солнца по эллипсоидной орбите. Солнце находится в одном из фокусов данного эллипса. Поэтому ежегодно в определенное время (в начале января) Земля занимает положение ближе всего к Солнцу и в другое (в начале июля) — дальше всего от него. При этом величина энергетической освещенности меняется в обратной пропорции относительно квадрата расстояния до светила.

Куда девается дошедшая до Земли солнечная радиация? Виды ее определяются множеством факторов. В зависимости от географической широты, влажности, облачности, часть ее рассеивается в атмосфере, часть поглощается, но большинство все же достигает поверхности планеты. При этом незначительное количество отражается, а основное — поглощается земной поверхностью, под действием чего та подвергается нагреванию. Рассеянная же солнечная радиация частично также попадает на земную поверхность, частично ею поглощается и частично отражается. Остаток ее уходит в космическое пространство.

Как происходит распределение

Однородна ли солнечная радиация? Виды ее после всех «потерь» в атмосфере могут различаться по своему спектральному составу. Ведь лучи с различными длинами и рассеиваются, и поглощаются по-разному. В среднем атмосферой поглощается около 23% ее первоначального количества. Примерно 26% всего потока превращается в рассеянную радиацию, 2/3 которой попадает затем на Землю. В сущности, это уже другой вид радиации, отличный от первоначального. Рассеянная радиация посылается на Землю не диском Солнца, а небесным сводом. Она имеет другой спектральный состав.

Поглощает радиацию главным образом озон — видимый спектр, и ультрафиолетовые лучи. Излучение инфракрасного диапазона поглощается углекислым газом (диоксидом углерода), которого, кстати, в атмосфере очень немного.

Рассеяние радиации, ослабляющее ее, происходит для любых длин волн спектра. В процессе его частицы, попадая под электромагнитное воздействие, перераспределяют энергию падающей волны во всех направлениях. То есть частицы служат точечными источниками энергии.

Дневной свет

Вследствие рассеяния свет, идущий от солнца, при прохождении слоев атмосфер изменяет цвет. Практическое значение рассеяния — в создании дневного света. Если бы Земля была лишена атмосферы, освещение существовало бы лишь в местах попадания прямых или отраженных поверхностью лучей солнца. То есть атмосфера — источник освещения днем. Благодаря ей светло и в местах, недоступных прямым лучам, и тогда, когда солнце скрывается за тучами. Именно рассеяние придает воздуху цвет — мы видим небо голубым.

А от чего зависит солнечная радиация еще? Не следует сбрасывать со счетов и фактор мутности. Ведь ослабление радиации происходит двумя путями — собственно атмосферой и водяным паром, а также различными примесями. Уровень запыленности возрастает летом (как и содержание в атмосфере водяного пара).

Суммарная радиация

Под ней подразумевается общее количество радиации, падающей на земную поверхность, — и прямой, и рассеянной. Суммарная солнечная радиация уменьшается при облачной погоде.

По этой причине летом суммарная радиация в среднем выше до полудня, чем после него. А в первом полугодии — больше, чем во втором.

Что происходит с суммарной радиацией на земной поверхности? Попадая туда, она в большинстве своем поглощается верхним слоем почвы или воды и превращается в тепло, часть ее при этом отражается. Степень отражения зависит от характера земной поверхности. Показатель, выражающий процентное отношение отраженной солнечной радиации к общему ее количеству, попадающему на поверхность, именуют альбедо поверхности.

Под понятием собственного излучения земной поверхности понимают длинноволновую радиацию, излучаемую растительностью, снежным покровом, верхними слоями воды и почвы. Радиационным балансом поверхности именуют разность между ее поглощенным количеством и излучаемым.

Эффективное излучение

Доказано, что встречное излучение практически всегда меньше, чем земное. Из-за этого поверхность земли несет тепловые потери. Разность величин собственного излучения поверхности и атмосферного получило название эффективного излучения. Это фактически чистая потеря энергии и как результат — тепла ночью.

Существует оно и в дневные часы. Но в течение дня частично компенсируется или даже перекрывается поглощенной радиацией. Поэтому поверхность земли теплее днем, чем ночью.

О географическом распределении радиации

Солнечная радиация на Земле в течение года распределяется неравномерно. Ее распределение несет зональный характер, причем изолинии (соединяющие точки одинаковых значений) радиационного потока вовсе не идентичны широтным кругам. Такое несоответствие вызвано различными уровнями облачности и прозрачности атмосферы в разных районах Земного шара.

Наибольшее значение суммарная солнечная радиация в течение года имеет в субтропических пустынях с малооблачной атмосферой. Гораздо меньше оно в лесных областях экваториального пояса. Причина этого — повышенная облачность. По направлению к обоим полюсам этот показатель убывает. Но в районе полюсов возрастает заново — в северном полушарии меньше, в районе снежной и малооблачной Антарктиды — больше. Над поверхностью океанов в среднем солнечная радиация меньше, чем над материками.

Почти повсюду на Земле поверхность имеет положительный радиационный баланс, то есть за одно и то же время приток радиации больше эффективного излучения. Исключение составляют области Антарктиды и Гренландии с их ледяными плато.

Грозит ли нам глобальное потепление?

Но вышесказанное не означает ежегодного потепления земной поверхности. Излишек поглощенной радиации компенсируется утечкой тепла с поверхности в атмосферу, что происходит при изменениях фазы воды (испарении, конденсации в виде облаков).

Таким образом, радиационного равновесия как такового на поверхности Земли не существует. Зато имеет место тепловое равновесие — поступление и убыль тепла уравновешивается разными путями, в том числе радиационным.

Распределение баланса по карте

В одних и тех же широтах Земного шара радиационный баланс больше на поверхности океана, чем над сушей. Объяснить это можно тем, что слой, поглощающий радиацию, в океанах имеет большую толщину, в то же время эффективное излучение там меньше из-за холода морской поверхности по сравнению с сушей.

Значительные колебания амплитуды распределения его наблюдаются в пустынях. Баланс там ниже из-за высокого эффективного излучения в условиях сухого воздуха и малой облачности. В меньшей степени он понижен в районах муссонного климата. В теплый сезон облачность там повышена, а поглощенная солнечная радиация меньше, чем в других районах той же широты.

Конечно же, главный фактор, от которого зависит среднегодовое солнечное излучение, это широта того или иного района. Рекордные «порции» ультрафиолета достаются странам, расположенным вблизи экватора. Это Северо-Восточная Африка, ее восточное побережье, Аравийский полуостров, север и запад Австралии, часть островов Индонезии, западная часть побережья Южной Америки.

В Европе самую большую дозу как света, так и радиации принимают на себя Турция, юг Испании, Сицилия, Сардиния, острова Греции, побережье Франции (южная часть), а также часть областей Италии, Кипр и Крит.

А как у нас?

Солнечная суммарная радиация в России распределена, на первый взгляд, неожиданно. На территории нашей страны, как ни странно, вовсе не черноморские курорты держат пальму первенства. Самые большие дозы солнечного излучения приходятся на территории, пограничные с Китаем, и Северную Землю. В целом солнечная радиация в России особой интенсивностью не отличается, что вполне объясняется нашим северным географическим положением. Минимальное количество солнечного света достается северо-западному региону – Санкт-Петербургу вместе с прилегающими районами.

Солнечная радиация в России уступает показателям Украины. Там больше всего ультрафиолета достается Крыму и территориям за Дунаем, на втором месте — Карпаты с южными областями Украины.

Суммарная (к ней относится и прямая, и рассеянная) солнечная радиация, попадающая на горизонтальную поверхность, приводится по месяцам в специально разработанных таблицах для разных территорий и измеряется в МДж/м². Например, солнечная радиация в Москве имеет показатели от 31-58 в зимние месяцы до 568-615 летом.

О солнечной инсоляции

Инсоляция, или объем полезного излучения, падающего на освещаемую солнцем поверхность, значительно варьируется в разных географических точках. Годовая инсоляция рассчитывается на один квадратный метр в мегаваттах. Например, в Москве эта величина — 1,01, в Архангельске — 0,85, в Астрахани — 1,38 МВт.

При определении ее нужно учитывать такие факторы, как время года (зимой ниже освещенность и долгота дня), характер местности (горы могут загораживать солнце), характерные для данной местности погодные условия — туман, частые дожди и облачность. Световоспринимающая плоскость может быть ориентирована вертикально, горизонтально или под наклоном. Количество инсоляции, как и распределение солнечной радиации в России, представляет собой данные, сгруппированные в таблицу по городам и областям с указанием географической широты.

www.syl.ru

Солнечная радиация — это… Что такое Солнечная радиация?

Со́лнечная радиа́ция — электромагнитное и корпускулярное излучение Солнца. Следует отметить, что данный термин является калькой с англ. Solar radiation («Солнечное излучение»), и в данном случае не означает радиацию в «бытовом» смысле этого слова (ионизирующее излучение).

Солнечная радиация измеряется по её тепловому действию (калории на единицу поверхности за единицу времени) и интенсивности (ватты на единицу поверхности). В целом, Земля получает от Солнца менее 0,5×10^-9 от его излучения.

Электромагнитная составляющая солнечной радиации распространяется со скоростью света и проникает в земную атмосферу. До земной поверхности солнечная радиация доходит в виде прямой и рассеянной радиации. Всего Земля получает от Солнца менее одной двухмиллиардной его излучения. Спектральный диапазон электромагнитного излучения Солнца очень широк — от радиоволн до рентгеновских лучей — однако максимум его интенсивности приходится на видимую (жёлто-зелёную) часть спектра.

Существует также корпускулярная часть солнечной радиации, состоящая преимущественно из протонов, движущихся от Солнца со скоростями 300—1500 км/с (см. Солнечный ветер). Во время солнечных вспышек образуются также частицы больших энергий (в основном протоны и электроны), образующие солнечную компоненту космических лучей.

Энергетический вклад корпускулярной составляющей солнечной радиации в её общую интенсивность невелик по сравнению с электромагнитной. Поэтому в ряде приложений термин «солнечная радиация» используют в узком смысле, имея в виду только её электромагнитную часть.

Солнечная радиация — главный источник энергии для всех физико-географических процессов, происходящих на земной поверхности и в атмосфере (см. Инсоляция). Количество солнечной радиации зависит от высоты солнца, времени года, прозрачности атмосферы. Для измерения солнечной радиации служат актинометры и пиргелиометры. Интенсивность солнечной радиации обычно измеряется по её тепловому действию и выражается в калориях на единицу поверхности за единицу времени (см. Солнечная постоянная).

Влияние солнечной радиации на климат

Солнечная радиация сильно влияет на Землю только в дневное время, безусловно — когда Солнце находится над горизонтом. Также солнечная радиация очень сильна вблизи полюсов, в период полярных дней, когда Солнце даже в полночь находится над горизонтом. Однако зимой в тех же местах Солнце вообще не поднимается над горизонтом, и поэтому не влияет на регион. Солнечная радиация не блокируется облаками, и поэтому всё равно поступает на Землю (при непосредственном нахождении Солнца над горизонтом). Солнечная радиация — это сочетание ярко-жёлтого цвета Солнца и тепла, тепло проходит и сквозь облака. Солнечная радиация передаётся на Землю посредством излучения, а не методом теплопроводности.

Сумма радиации, полученной небесным телом, зависит от расстояния между планетой и звездой — при увеличении расстояния вдвое количество радиации, поступающее от звезды на планету уменьшается вчетверо (пропорционально квадрату расстояния между планетой и звездой). Таким образом, даже небольшие изменения расстояния между планетой и звездой (зависит от эксцентриситета орбиты) приводят к значительному изменению количества поступающей на планету радиации. Эксцентриситет земной орбиты тоже не является постоянным — с течением тысячелетий он меняется, периодически образуя то практически идеальную круг, иногда же эксцентриситет достигает 5% (в настоящее время он равен 1,67%), то есть в перигелии Земля получает в настоящее время в 1,033 больше солнечной радиации, чем в афелии, а при наибольшем эксцентриситете — более чем в 1,1 раза. Однако гораздо более сильно количество поступающей солнечной радиации зависит от смен времён года — в настоящее время общее количество солнечной радиации, поступающее на Землю, остаётся практически неизменным, но на широтах 65 С.Ш. (широта северных городов России, Канады) летом количество поступающей солнечной радиации более чем на 25% больше, чем зимой. Это происходит из-за того, что Земля по отношению к Солнцу наклонена под углом 23,3 градуса. Зимние и летние изменения взаимно компенсируются, но тем не менее по росту широты места наблюдения всё больше становится разрыв между зимой и летом, так, на экваторе разницы между зимой и летом нет. За Полярным кругом же летом поступление солнечной радиации очень высоко, а зимой очень мало. Это формирует климат на Земле. Кроме того, периодические изменения эксцентриситета орбиты Земли могут приводить к возникновению различных геологических эпох: к примеру, ледникового периода.

Таблицы

Ссылки

Солнечная радиация. Географический словарь. Экологический центр «Экосистема». Архивировано из первоисточника 14 февраля 2012. Проверено 22 мая 2011.

Примечания

dic.academic.ru

Солнечная радиация — Википедия. Что такое Солнечная радиация

Со́лнечная радиа́ция — электромагнитное и корпускулярное излучение Солнца. Следует отметить, что данный термин является калькой с англ. Solar radiation («Солнечное излучение»), и в данном случае не означает радиацию в «бытовом» смысле этого слова (ионизирующее излучение).

Солнечная радиация измеряется мощностью переносимой ею энергии на единицу площади поверхности (ватт/м²) (см. Солнечная постоянная). В целом, Земля получает от Солнца менее 0,5×10⁻⁹ (одной двухмиллиардной) от энергии его излучения.

Электромагнитная составляющая солнечной радиации распространяется со скоростью света и проникает в земную атмосферу. До земной поверхности солнечная радиация доходит в виде прямых и рассеянных лучей. Спектральный диапазон электромагнитного излучения Солнца очень широк — от радиоволн (Солнечные радио всплески)^[1] до рентгеновских лучей — однако максимум его интенсивности приходится на видимую (жёлто-зелёную) часть спектра.

Существует также корпускулярная часть солнечной радиации, состоящая преимущественно из протонов, движущихся от Солнца со скоростями 300—1500 км/с (см. Солнечный ветер). Во время солнечных вспышек образуются также частицы больших энергий (в основном протоны и электроны), образующие солнечную компоненту космических лучей.

Энергетический вклад корпускулярной составляющей солнечной радиации в её общую интенсивность невелик по сравнению с электромагнитной. Подавляющая доля частиц задерживается магнитным полем Земли, либо поглощается верхними слоями земной атмосферы, поэтому в ряде приложений термин «солнечная радиация» используют в узком смысле, имея в виду только её электромагнитную часть.

ВОЗ признала солнечную радиацию достоверным канцерогеном^[2].

Влияние солнечной радиации на климат

Солнечная радиация — главный источник энергии для всех физико-географических процессов, происходящих на земной поверхности и в атмосфере.

Солнечной радиации подвергается дневная сторона поверхности Земли. В частности, солнечная радиация очень сильна вблизи полюсов, в период полярных дней, когда Солнце круглосуточно находится над горизонтом. Однако, во время полярной ночи, в тех же местах Солнце вообще не поднимается над горизонтом. Солнечная радиация полностью не блокируется облачностью, и частично достигает поверхности Земли при любой погоде в дневное время за счёт прозрачности облаков для тепловой компоненты спектра солнечной радиации. Для измерения солнечной радиации служат пиранометры и пиргелиометры.

Сумма радиации, полученной небесным телом, зависит от расстояния между планетой и звездой — при увеличении расстояния вдвое количество радиации, поступающее от звезды на планету уменьшается вчетверо (пропорционально квадрату расстояния между планетой и звездой). Таким образом, даже небольшие изменения расстояния между планетой и звездой (вызваны наличием эксцентриситета орбиты) приводят к значительному изменению количества поступающей на планету радиации звезды. Эксцентриситет земной орбиты не является постоянным — с течением тысячелетий орбита меняется, периодически образуя практически идеальный круг, иногда же эксцентриситет достигает 5 % (в настоящее время он равен 1,67 %), то есть в перигелии Земля получает в настоящее время в 1,033 больше солнечной радиации, чем в афелии, а при наибольшем эксцентриситете — более чем в 1,1 раза. Гораздо более сильно количество поступающей солнечной радиации зависит от смены времён года — в настоящее время мощность солнечной радиации, поступающей на Землю, остаётся практически постоянной, но на широтах 65 С. Ш. (широта северных городов России, Канады) летом мощность солнечной радиации, отнесённая к единице поверхности, более чем на 25 % больше, чем зимой. Это происходит из-за того, что ось вращения Земли по отношению к плоскости орбиты наклонена под углом 23,3°. Избыток радиации летом и недостаток зимой взаимно компенсируются (если не учитывать эксцентриситет земной орбиты), но, с приближением места наблюдения к полюсам, разрыв между зимой и летом становится всё более существенным. Так, на экваторе разницы между зимой и летом практически нет. За Полярным кругом же, прямые лучи Солнца не достигают поверхности в течение полугода. Таким образом формируются особенности климата различных регионов Земли. Кроме того, периодические изменения эксцентриситета орбиты Земли могут приводить к возникновению различных геологических эпох: к примеру, ледникового периода.

Таблицы

Ссылки

Солнечная радиация. Географический словарь. Экологический центр «Экосистема». Проверено 22 мая 2011. Архивировано 14 февраля 2012 года.

Пособие «Измерение солнечного излучения в солнечной энергетике». Архивировано 5 июля 2013 года.

Примечания

wiki.sc

Карта солнечного излучения. Солнечное излучение в разных частях планеты

Дата публикации 08.08.2013 13:20

Вполне естественно, что солнечное излучение со всеми своими преимуществами и угрозами распределяется по территории Земли неравномерно. Ведь если в одних местах солнечный свет – это достаточно редкий и долгожданный гость, то в других, напротив, его избыток действует на все живое угнетающе. Для того чтобы определить, в каких регионах планеты ее поверхность получает наибольшую дозу солнечного излучения, посмотрим на карту:

От чего зависит среднегодовое солнечное излучение?

Логично предположить, что среднегодовое количество солнечного излучения, которое достигает поверхности, зависит от широты, на которой находится тот или иной район. В значительной степени так оно и есть: рекордные дозы дневного света, а вместе с ним – и ультрафиолета, получают страны, приближенные к экватору.

С другой стороны, этот принцип нельзя считать исчерпывающим, ведь объемы солнечного света во многом связаны и с числом ясных дней, а они, в свою очередь, определяются климатом местности. Посмотрев на карту солнечного излучения, нетрудно заметить, что экстремумы чаще находятся не в экваториальных, а в субэкваториальных областях. Кроме того, многое зависит от течений, направлений воздушных потоков и других особенностей региона.

Где наблюдается максимальное солнечное излучение в течение года?

Наибольшую дозу солнечной радиации ежегодно получает:

• северо-восточная Африка, некоторые центральные и юго-западные области континента;
• восточное побережье Африки;
• Аравийский полуостров;
• южные субэкваториальные участки Атлантического и Тихого океанов;
• северо-запад Австралии, некоторые острова Индонезии;
• западное побережье Южной Америки.

Само собой, вышеперечисленные районы – не лучшее время для пребывания и даже выживания людей, особо восприимчивых к солнечному излучению, страдающих от некоторых заболеваний кожи и/или злокачественных опухолей, плохо переносящих жару и имеющих другие противопоказания.

Солнечное излучение в Европе

Составлена учеными и карта солнечного излучения в Европе. Как и следовало ожидать, наибольшую дозу света и сопутствующей радиации получает южное побережье Испании, Турция, Сардиния и Сицилия, греческие острова, южное побережье Франции, отдельные области Италии, Крит и Кипр.

Солнечное излучение в России

Замеры в России показали, что наибольшие дозы солнечного излучения получают вовсе не черноморские курорты страны, как этого можно было ожидать. На самом деле, рекордсменами по данному показателю оказались пограничные с Китаем территории и… Северная Земля. Напротив, минимальная доза солнечного света приходится на северо-западный регион России – Санкт-Петербург, ЛО и прилегающие районы.

Подробная карта солнечного излучения в России:

Солнечное излучение в Украине

В отличие от России, карта солнечного излучения в Украине начисто лишена сюрпризов. Вполне прогнозируемо больше всего ультрафиолета солнца получает Крым и территории за Дунаем. Чуть меньше энергии приходится на южные области Украины и Карпаты.