El tiempo que tarda la radiación solar en llegar a la tierra. Estructura y radiación electromagnética del sol.

La estrella brillante nos quema con rayos calientes y nos hace pensar en el significado de la radiación en nuestras vidas, sus beneficios y daños. ¿Qué es la radiación solar? Una lección de física escolar sugiere que primero nos familiaricemos con el concepto de radiación electromagnética en general. Este término denota otra forma de materia, diferente de la sustancia. Esto incluye tanto la luz visible como el espectro que el ojo no percibe. Es decir, rayos X, rayos gamma, ultravioleta e infrarrojos.

Ondas electromagnéticas

En presencia de una fuente emisora ​​de radiación, sus ondas electromagnéticas se propagan en todas direcciones a la velocidad de la luz. Estas ondas, como cualquier otra, tienen determinadas características. Estos incluyen la frecuencia de vibración y la longitud de onda. Cualquier cuerpo cuya temperatura difiera del cero absoluto tiene la propiedad de emitir radiación.

El sol es la principal y más poderosa fuente de radiación cercana a nuestro planeta. A su vez, la propia Tierra (su atmósfera y superficie) emite radiación, pero en un rango diferente. La observación de las condiciones de temperatura en el planeta durante largos períodos de tiempo dio lugar a la hipótesis de un equilibrio en la cantidad de calor recibido del Sol y liberado al espacio exterior.

Radiación solar: composición espectral

La gran mayoría (alrededor del 99%) de la energía solar del espectro se encuentra en el rango de longitud de onda de 0,1 a 4 micrones. El 1% restante son rayos de mayor y menor longitud, incluidas las ondas de radio y los rayos X. Aproximadamente la mitad de la energía radiante del sol se encuentra en el espectro que percibimos con nuestros ojos, aproximadamente el 44% se encuentra en la radiación infrarroja y el 9% en la radiación ultravioleta. ¿Cómo sabemos cómo se divide la radiación solar? El cálculo de su distribución es posible gracias a estudios desde satélites espaciales.

Hay sustancias que pueden entrar en un estado especial y emitir radiación adicional de diferente rango de longitud de onda. Por ejemplo, el brillo se produce a bajas temperaturas, que no son típicas de la emisión de luz de una sustancia determinada. Este tipo de radiación, denominada luminiscente, no responde a los principios habituales de la radiación térmica.

El fenómeno de la luminiscencia ocurre después de que una sustancia absorbe una cierta cantidad de energía y pasa a otro estado (el llamado estado excitado), que tiene mayor energía que a la propia temperatura de la sustancia. La luminiscencia aparece durante la transición inversa, de un estado excitado a un estado familiar. En la naturaleza, podemos observarlo en forma de resplandores del cielo nocturno y auroras boreales.

Nuestra luminaria

La energía de los rayos del sol es casi la única fuente de calor de nuestro planeta. Su propia radiación, proveniente de sus profundidades hacia la superficie, tiene una intensidad aproximadamente 5 mil veces menor. Al mismo tiempo, la luz visible, uno de los factores más importantes para la vida en el planeta, es sólo una parte de la radiación solar.

La energía de los rayos del sol se convierte en calor, una parte más pequeña en la atmósfera y una parte más grande en la superficie de la Tierra. Allí se gasta en calentar el agua y el suelo (capas superiores), que luego desprenden calor al aire. Al calentarse, la atmósfera y la superficie terrestre, a su vez, emiten rayos infrarrojos al espacio, mientras se enfrían.

Radiación solar: definición

La radiación que llega a la superficie de nuestro planeta directamente desde el disco solar se suele denominar radiación solar directa. El sol lo esparce en todas direcciones. Teniendo en cuenta la enorme distancia de la Tierra al Sol, la radiación solar directa en cualquier punto de la superficie terrestre se puede representar como un haz de rayos paralelos, cuya fuente es casi infinita. La zona situada perpendicular a los rayos de sol recibe así la mayor cantidad.

La densidad del flujo de radiación (o irradiancia) es una medida de la cantidad de radiación que cae sobre una superficie específica. Esta es la cantidad de energía radiante que cae por unidad de tiempo por unidad de área. Esta cantidad se mide (irradiancia) en W/m2. Nuestra Tierra, como todo el mundo sabe, gira alrededor del Sol en una órbita elipsoidal. El sol está situado en uno de los focos de esta elipse. Por lo tanto, cada año, en un momento determinado (a principios de enero), la Tierra ocupa la posición más cercana al Sol y en otra (a principios de julio), la más alejada de él. En este caso, la cantidad de energía de iluminación cambia en proporción inversa al cuadrado de la distancia a la luminaria.

¿A dónde va la radiación solar que llega a la Tierra? Sus tipos están determinados por muchos factores. Dependiendo de la latitud geográfica, la humedad y la nubosidad, una parte se dispersa en la atmósfera, otra se absorbe, pero la mayoría aún llega a la superficie del planeta. En este caso, una pequeña cantidad se refleja y la mayor parte es absorbida por la superficie terrestre, bajo cuya influencia se calienta. La radiación solar dispersada también cae parcialmente sobre la superficie terrestre, es parcialmente absorbida y parcialmente reflejada. El resto va al espacio exterior.

¿Cómo se realiza la distribución?

¿La radiación solar es uniforme? Sus tipos, después de todas las “pérdidas” en la atmósfera, pueden diferir en su composición espectral. Después de todo, los rayos con diferentes longitudes se dispersan y absorben de diferentes maneras. En promedio, la atmósfera absorbe alrededor del 23% de su cantidad original. Aproximadamente el 26% del flujo total se convierte en radiación dispersa, de la cual 2/3 llegan a la Tierra. En esencia, se trata de un tipo de radiación diferente, diferente a la original. La radiación dispersada no es enviada a la Tierra por el disco del Sol, sino por la bóveda celeste. Tiene una composición espectral diferente.

Absorbe la radiación principalmente del ozono (el espectro visible) y los rayos ultravioleta. La radiación infrarroja es absorbida por el dióxido de carbono (dióxido de carbono), que, por cierto, se encuentra muy poco en la atmósfera.

La dispersión de la radiación, que la debilita, se produce en cualquier longitud de onda del espectro. En el proceso, sus partículas, al caer bajo la influencia electromagnética, redistribuyen la energía de la onda incidente en todas direcciones. Es decir, las partículas sirven como fuentes puntuales de energía.

Luz

Debido a la dispersión, la luz procedente del sol cambia de color al atravesar capas de atmósferas. El significado práctico de la dispersión es crear luz natural. Si la Tierra estuviera privada de atmósfera, la iluminación existiría sólo en los lugares donde los rayos del sol directos o reflejados inciden en la superficie. Es decir, la atmósfera es la fuente de iluminación durante el día. Gracias a ello, hay luz tanto en lugares inaccesibles a los rayos directos como cuando el sol se esconde detrás de las nubes. Es la dispersión la que da color al aire: vemos el cielo azul.

¿De qué más depende la radiación solar? No se debe descartar el factor de turbidez. Después de todo, la radiación se debilita de dos maneras: la propia atmósfera y el vapor de agua, así como diversas impurezas. En verano aumenta el nivel de polvo (al igual que el contenido de vapor de agua en la atmósfera).

Radiación total

Se refiere a la cantidad total de radiación que incide sobre la superficie terrestre, tanto directa como difusa. La radiación solar total disminuye durante el tiempo nublado.

Por esta razón, en verano la radiación total es en promedio mayor antes del mediodía que después del mediodía. Y en la primera mitad del año, más que en la segunda.

¿Qué sucede con la radiación total en la superficie terrestre? Cuando llega allí, es absorbido en su mayor parte por la capa superior de suelo o agua y se convierte en calor, mientras que una parte se refleja. El grado de reflexión depende de la naturaleza de la superficie terrestre. Un indicador que expresa el porcentaje de radiación solar reflejada con respecto a la cantidad total que cae sobre la superficie se llama albedo superficial.

El concepto de autorradiación de la superficie terrestre se refiere a la radiación de onda larga emitida por la vegetación, la capa de nieve, las capas superiores de agua y el suelo. El balance de radiación de una superficie es la diferencia entre la cantidad absorbida y la cantidad emitida.

Radiación efectiva

Se ha demostrado que la contrarradiación casi siempre es menor que la radiación terrestre. Debido a esto, la superficie terrestre sufre pérdidas de calor. La diferencia entre los valores de la radiación propia de la superficie y la radiación atmosférica se denomina radiación efectiva. En realidad, esto es una pérdida neta de energía y, como resultado, de calor por la noche.

También existe durante el día. Pero durante el día se compensa parcialmente o incluso se cubre con la radiación absorbida. Por tanto, la superficie terrestre es más cálida durante el día que durante la noche.

Sobre la distribución geográfica de la radiación.

La radiación solar en la Tierra se distribuye de manera desigual a lo largo del año. Su distribución es de naturaleza zonal y las isolíneas (puntos de conexión de valores iguales) del flujo de radiación no son en absoluto idénticas a los círculos latitudinales. Esta discrepancia es causada por diferentes niveles de nubosidad y transparencia atmosférica en diferentes regiones del mundo.

La radiación solar total a lo largo del año es mayor en los desiertos subtropicales con una atmósfera parcialmente nublada. Es mucho menor en las zonas forestales del cinturón ecuatorial. La razón de esto es el aumento de la nubosidad. Hacia ambos polos este indicador disminuye. Pero en la región de los polos vuelve a aumentar: en el hemisferio norte es menos, en la zona de la Antártida nevada y parcialmente nublada, más. En promedio, la radiación solar sobre la superficie de los océanos es menor que sobre los continentes.

Casi en todas partes de la Tierra la superficie tiene un balance de radiación positivo, es decir, al mismo tiempo, la entrada de radiación es mayor que la radiación efectiva. Las excepciones son las regiones de la Antártida y Groenlandia con sus mesetas de hielo.

¿Estamos ante el calentamiento global?

Pero lo anterior no significa un calentamiento anual de la superficie terrestre. El exceso de radiación absorbida se compensa con la fuga de calor desde la superficie a la atmósfera, que se produce cuando cambia la fase del agua (evaporación, condensación en forma de nubes).

Por tanto, el equilibrio de radiación como tal no existe en la superficie de la Tierra. Pero existe un equilibrio térmico: el suministro y la pérdida de calor se equilibran de diferentes formas, incluida la radiación.

Distribución del saldo de la tarjeta

En las mismas latitudes del globo, el balance de radiación es mayor en la superficie del océano que sobre la tierra. Esto se puede explicar por el hecho de que la capa que absorbe la radiación en los océanos es más gruesa, mientras que al mismo tiempo la radiación efectiva allí es menor debido a la frialdad de la superficie del mar en comparación con la tierra.

En los desiertos se observan fluctuaciones significativas en la amplitud de su distribución. El saldo allí es menor debido a la alta radiación efectiva en condiciones de aire seco y nubes bajas. Se reduce en menor medida en zonas de clima monzónico. En la estación cálida, la nubosidad aumenta y la radiación solar absorbida es menor que en otras zonas de la misma latitud.

Por supuesto, el factor principal del que depende la radiación solar media anual es la latitud de un área en particular. “Porciones” récord de radiación ultravioleta van a países ubicados cerca del ecuador. Se trata del noreste de África, su costa oriental, la Península Arábiga, el norte y el oeste de Australia, parte de las islas de Indonesia y la costa occidental de América del Sur.

En Europa, la mayor dosis tanto de luz como de radiación la reciben Turquía, el sur de España, Sicilia, Cerdeña, las islas de Grecia, la costa de Francia (parte sur), así como partes de Italia, Chipre y Creta.

¿Qué pasa con nosotros?

La distribución de la radiación solar total en Rusia es, a primera vista, inesperada. En el territorio de nuestro país, por extraño que parezca, no son los centros turísticos del Mar Negro los que tienen la palma. Las mayores dosis de radiación solar se producen en los territorios fronterizos con China y Severnaya Zemlya. En general, la radiación solar en Rusia no es particularmente intensa, lo que se explica en gran medida por nuestra ubicación geográfica al norte. La cantidad mínima de luz solar llega a la región noroeste, San Petersburgo, junto con sus alrededores.

La radiación solar en Rusia es inferior a la de Ucrania. Allí, la mayor parte de la radiación ultravioleta llega a Crimea y los territorios más allá del Danubio, mientras que los Cárpatos y las regiones del sur de Ucrania ocupan el segundo lugar.

La radiación solar total (incluye tanto directa como difusa) que incide sobre una superficie horizontal se indica por mes en tablas especialmente desarrolladas para diferentes territorios y se mide en MJ/m 2. Por ejemplo, la radiación solar en Moscú oscila entre 31-58 en los meses de invierno y 568-615 en los meses de verano.

Sobre la insolación solar

La insolación, o la cantidad de radiación beneficiosa que cae sobre una superficie iluminada por el sol, varía significativamente en diferentes ubicaciones geográficas. La insolación anual se calcula por metro cuadrado en megavatios. Por ejemplo, en Moscú este valor es 1,01, en Arkhangelsk - 0,85, en Astrakhan - 1,38 MW.

Al determinarlo, es necesario tener en cuenta factores como la época del año (en invierno hay menor iluminación y duración del día), la naturaleza del terreno (las montañas pueden bloquear el sol), las condiciones climáticas características de la zona. niebla, lluvias frecuentes y nubosidad. El plano receptor de luz puede estar orientado vertical, horizontal u oblicuo. La cantidad de insolación, así como la distribución de la radiación solar en Rusia, son datos agrupados en una tabla por ciudad y región, indicando la latitud geográfica.

El sol emite su energía en todas las longitudes de onda, pero de diferentes formas. Aproximadamente el 44% de la energía de la radiación se encuentra en la parte visible del espectro y el máximo corresponde al color amarillo verdoso. Aproximadamente el 48% de la energía que pierde el Sol es absorbida por los rayos infrarrojos cercanos y lejanos. Los rayos gamma, los rayos X, la radiación ultravioleta y la radiación de radio representan sólo alrededor del 8%.

La parte visible de la radiación solar, cuando se estudia con instrumentos de análisis de espectro, resulta no homogénea: en el espectro se observan líneas de absorción descritas por primera vez por J. Fraunhofer en 1814. Estas líneas surgen cuando fotones de ciertas longitudes de onda son absorbidos por átomos de diversos elementos químicos en las capas superiores, relativamente frías, de la atmósfera del Sol. El análisis espectral nos permite obtener información sobre la composición del Sol, ya que un determinado conjunto de líneas espectrales caracteriza un elemento químico con extrema precisión. Por ejemplo, con la ayuda de observaciones del espectro del Sol, se predijo el descubrimiento de helio, que luego se aisló en la Tierra.

Durante las observaciones, los científicos descubrieron que el Sol es una poderosa fuente de emisión de radio. Las ondas de radio, que son emitidas por la cromosfera (ondas centimétricas) y la corona (ondas decimétricas y métricas), penetran en el espacio interplanetario. La emisión de radio del Sol tiene dos componentes: constante y variable (ráfagas, “tormentas de ruido”). Durante las fuertes erupciones solares, la emisión de radio del Sol aumenta miles e incluso millones de veces en comparación con la emisión de radio del Sol en calma. Esta emisión de radio es de naturaleza no térmica.

Los rayos X provienen principalmente de las capas superiores de la cromosfera y la corona. La radiación es especialmente fuerte durante los años de máxima actividad solar.

El sol no solo emite luz, calor y todos los demás tipos de radiación electromagnética. También es una fuente de un flujo constante de partículas: corpúsculos. Neutrinos, electrones, protones, partículas alfa y núcleos atómicos más pesados ​​forman juntos la radiación corpuscular del Sol. Una parte importante de esta radiación es una salida de plasma más o menos continua: el viento solar, que es una continuación de las capas exteriores de la atmósfera solar: la corona solar. En el contexto de este viento de plasma que sopla constantemente, determinadas regiones del Sol son fuentes de los llamados flujos corpusculares, más dirigidos y potenciados. Lo más probable es que estén asociados con regiones especiales de la corona solar: agujeros coronarios y también, posiblemente, con regiones activas de larga duración en el Sol. Finalmente, los flujos de partículas más potentes a corto plazo, principalmente electrones y protones, están asociados con las erupciones solares. Como resultado de las llamaradas más poderosas, las partículas pueden adquirir velocidades que son una fracción notable de la velocidad de la luz. Las partículas con energías tan altas se denominan rayos cósmicos solares.

La radiación corpuscular solar tiene una fuerte influencia sobre la Tierra, y principalmente sobre las capas superiores de su atmósfera y su campo magnético, provocando numerosos fenómenos geofísicos. La magnetosfera y la atmósfera de la Tierra nos protegen de los efectos nocivos de la radiación solar.

Fuentes de calor. La energía térmica tiene una importancia decisiva en la vida de la atmósfera. La principal fuente de esta energía es el Sol. En cuanto a la radiación térmica de la Luna, los planetas y las estrellas, es tan insignificante para la Tierra que prácticamente no se puede tener en cuenta. El calor interno de la Tierra proporciona mucha más energía térmica. Según los cálculos de los geofísicos, el flujo constante de calor desde el interior de la Tierra aumenta la temperatura de la superficie terrestre en 0°.1. Pero tal afluencia de calor es todavía tan pequeña que tampoco es necesario tenerla en cuenta. Por tanto, la única fuente de energía térmica en la superficie de la Tierra puede considerarse únicamente el Sol.

Radiación solar. El sol, que tiene una temperatura de la fotosfera (superficie radiante) de aproximadamente 6000°, irradia energía al espacio en todas direcciones. Parte de esta energía, en forma de un enorme haz de rayos solares paralelos, llega a la Tierra. La energía solar que llega a la superficie de la Tierra en forma de rayos directos del Sol se llama Radiación solar directa. Pero no toda la radiación solar dirigida a la Tierra llega a la superficie terrestre, ya que los rayos del sol, al atravesar una gruesa capa de la atmósfera, son parcialmente absorbidos por ella, parcialmente dispersados ​​​​por moléculas y partículas de aire en suspensión, y algunos son reflejados por las nubes. La parte de la energía solar que se disipa en la atmósfera se llama radiación dispersa. La radiación solar dispersada viaja a través de la atmósfera y llega a la superficie de la Tierra. Este tipo de radiación la percibimos como luz diurna uniforme, cuando el Sol está completamente cubierto de nubes o acaba de desaparecer tras el horizonte.

La radiación solar directa y difusa, que llega a la superficie de la Tierra, no es completamente absorbida por ésta. Parte de la radiación solar se refleja desde la superficie terrestre hacia la atmósfera y se encuentra allí en forma de una corriente de rayos, los llamados Radiación solar reflejada.

La composición de la radiación solar es muy compleja, lo que está asociado a la altísima temperatura de la superficie radiante del Sol. Convencionalmente, según la longitud de onda, el espectro de la radiación solar se divide en tres partes: ultravioleta (η<0,4<μ видимую глазом (η de 0,4μ a 0,76μ) y la parte infrarroja (η >0,76μ). Además de la temperatura de la fotosfera solar, la composición de la radiación solar en la superficie terrestre también está influenciada por la absorción y dispersión de parte de los rayos del sol a su paso a través de la capa de aire de la Tierra. En este sentido, la composición de la radiación solar en el límite superior de la atmósfera y en la superficie de la Tierra será diferente. Sobre la base de cálculos teóricos y observaciones, se ha establecido que en el límite de la atmósfera la radiación ultravioleta representa el 5%, los rayos visibles el 52% y los infrarrojos el 43%. En la superficie terrestre (a una altitud solar de 40°), los rayos ultravioleta representan sólo el 1%, los rayos visibles el 40% y los rayos infrarrojos el 59%.

Intensidad de la radiación solar. Se entiende por intensidad de la radiación solar directa la cantidad de calor en calorías recibida por minuto. de la energía radiante de la superficie del Sol en 1 centímetros2, situado perpendicular a los rayos del sol.

Para medir la intensidad de la radiación solar directa, se utilizan instrumentos especiales: actinómetros y pirheliómetros; La cantidad de radiación dispersada se determina mediante un piranómetro. El registro automático de la duración de la radiación solar se realiza mediante actinógrafos y heliógrafos. La intensidad espectral de la radiación solar se determina mediante un espectrobológrafo.

En el límite de la atmósfera, donde se excluyen los efectos de absorción y dispersión de la capa de aire de la Tierra, la intensidad de la radiación solar directa es de aproximadamente 2 heces por 1 cm2 superficies en 1 min. Esta cantidad se llama constante solar. Intensidad de radiación solar en 2 heces por 1 cm2 en 1min. proporciona tal cantidad de calor durante el año que sería suficiente para derretir una capa de hielo 35 metro de espesor si dicha capa cubriera toda la superficie terrestre.

Numerosas mediciones de la intensidad de la radiación solar dan motivos para creer que la cantidad de energía solar que llega al límite superior de la atmósfera terrestre experimenta fluctuaciones de varios por ciento.

Además, durante el año se produce algún cambio en la intensidad de la radiación solar debido al hecho de que la Tierra, en su rotación anual, no se mueve en un círculo, sino en una elipse, en uno de cuyos focos se encuentra el Sol. . En este sentido, la distancia de la Tierra al Sol cambia y, en consecuencia, fluctúa la intensidad de la radiación solar. La mayor intensidad se observa alrededor del 3 de enero, cuando la Tierra está más cerca del Sol, y la más baja alrededor del 5 de julio, cuando la Tierra está a su máxima distancia del Sol.

Por este motivo, las fluctuaciones en la intensidad de la radiación solar son muy pequeñas y sólo pueden tener un interés teórico. (La cantidad de energía a la distancia máxima está relacionada con la cantidad de energía a la distancia mínima como 100:107, es decir, la diferencia es completamente insignificante).

Condiciones de irradiación de la superficie del globo. La forma esférica de la Tierra por sí sola conduce al hecho de que la energía radiante del Sol se distribuye de manera muy desigual en la superficie de la Tierra.

Así, en los días del equinoccio de primavera y otoño (21 de marzo y 23 de septiembre), sólo en el ecuador al mediodía el ángulo de incidencia de los rayos será de 90° (Fig.30), y a medida que se acerque a los polos será disminuir de 90 a 0°. De este modo,

Si en el ecuador la cantidad de radiación recibida se toma como 1, entonces en el paralelo 60 se expresará como 0,5 y en el polo será igual a 0.

Dependiendo de la época del año, no solo cambia el ángulo de incidencia de los rayos, sino también la duración de la iluminación. Si en los países tropicales la duración del día y de la noche es aproximadamente la misma en todas las épocas del año, en los países polares, por el contrario, es muy diferente. Así, por ejemplo, a 70° N. w. en verano el Sol no se pone durante 65 días a 80° N. sh. - 134, y en el polo -186. Debido a esto, la radiación en el Polo Norte el día del solsticio de verano (22 de junio) es un 36% mayor que en el ecuador. Durante toda la mitad del año en verano, la cantidad total de calor y luz que recibe el polo es sólo un 17% menor que en el ecuador.

Así, en verano en los países polares, la duración de la iluminación compensa en gran medida la falta de radiación resultante del pequeño ángulo de incidencia de los rayos. En la mitad invernal del año, el panorama es completamente diferente: la cantidad de radiación en el mismo Polo Norte será igual a 0. Como resultado, durante el año la cantidad promedio de radiación en el polo es 2,4 menos que en el ecuador. De todo lo dicho se deduce que la cantidad de energía solar que recibe la Tierra a través de la radiación está determinada por el ángulo de incidencia de los rayos y la duración de la irradiación. cm2 En ausencia de atmósfera en diferentes latitudes, la superficie de la Tierra recibiría la siguiente cantidad de calor por día, expresada en calorías por 1

(ver tabla en la página 92). La distribución de la radiación sobre la superficie terrestre que figura en la tabla suele denominarse clima solar.

Repetimos que tenemos tal distribución de radiación solo en el límite superior de la atmósfera. Debilitamiento de la radiación solar en la atmósfera.

Hasta ahora hemos hablado de las condiciones de distribución del calor solar sobre la superficie terrestre, sin tener en cuenta la atmósfera. Mientras tanto, el ambiente en este caso es de gran importancia. La radiación solar, al atravesar la atmósfera, experimenta dispersión y, además, absorción. Ambos procesos juntos atenúan en gran medida la radiación solar. Los rayos del sol, al atravesar la atmósfera, experimentan en primer lugar dispersión (difusión). La dispersión se crea por el hecho de que los rayos de luz, refractados y reflejados por las moléculas de aire y las partículas de cuerpos sólidos y líquidos en el aire, se desvían del camino recto.

La dispersión atenúa enormemente la radiación solar. Con un aumento en la cantidad de vapor de agua y especialmente de partículas de polvo, aumenta la dispersión y se debilita la radiación. En las grandes ciudades y zonas desérticas, donde el contenido de polvo del aire es mayor, la dispersión debilita la intensidad de la radiación entre un 30 y un 45%. Gracias a la dispersión se obtiene luz natural que ilumina los objetos, incluso si los rayos del sol no inciden directamente sobre ellos. La dispersión también determina el color del cielo.

Detengámonos ahora en la capacidad de la atmósfera para absorber la energía radiante del Sol. Los principales gases que componen la atmósfera absorben relativamente poca energía radiante. Las impurezas (vapor de agua, ozono, dióxido de carbono y polvo), por el contrario, tienen una alta capacidad de absorción.

En la troposfera, la impureza más importante es el vapor de agua. Absorben con especial intensidad los rayos infrarrojos (longitud de onda larga), es decir, predominantemente rayos térmicos. Y cuanto más vapor de agua hay en la atmósfera, naturalmente más y. absorción. La cantidad de vapor de agua en la atmósfera está sujeta a grandes cambios. En condiciones naturales, varía del 0,01 al 4% (en volumen).

El ozono tiene una capacidad de absorción muy alta. Una importante mezcla de ozono, como ya se mencionó, se encuentra en las capas inferiores de la estratosfera (por encima de la tropopausa). El ozono absorbe casi por completo los rayos ultravioleta (de onda corta).

El dióxido de carbono también tiene una alta capacidad de absorción. Absorbe principalmente rayos de onda larga, es decir, predominantemente rayos térmicos.

El polvo del aire también absorbe parte de la radiación solar.

Cuando se calienta con los rayos del sol, puede aumentar significativamente la temperatura del aire.

De la cantidad total de energía solar que llega a la Tierra, la atmósfera absorbe sólo alrededor del 15%.

Dependiendo del ángulo de incidencia de los rayos, no solo cambia el número de rayos, sino también su calidad. Durante el período en que el Sol está en su cenit (sobre la cabeza), los rayos ultravioleta representan el 4%,

visible - 44% e infrarrojo - 52%. Cuando el Sol está posicionado cerca del horizonte, no hay ningún rayo ultravioleta, visible el 28% y el infrarrojo el 72%.

La complejidad de la influencia de la atmósfera sobre la radiación solar se ve agravada aún más por el hecho de que su capacidad de transmisión varía mucho según la época del año y las condiciones climáticas. Entonces, si el cielo permaneció sin nubes todo el tiempo, entonces el curso anual de la entrada de radiación solar en diferentes latitudes podría expresarse gráficamente de la siguiente manera (Fig. 32) el dibujo muestra claramente que con un cielo sin nubes en Moscú en mayo, En junio y julio se recibiría más calor de la radiación solar que en el ecuador. Del mismo modo, en la segunda quincena de mayo, en junio y en la primera quincena de julio se recibiría más calor en el Polo Norte que en el ecuador y en Moscú. Repetimos que así sería con un cielo sin nubes. Pero en realidad esto no funciona, porque la nubosidad debilita significativamente la radiación solar. Pongamos un ejemplo que se muestra en el gráfico (Fig. 33). El gráfico muestra cuánta radiación solar no llega a la superficie de la Tierra: una parte importante de ella es retrasada por la atmósfera y las nubes.

Sin embargo, hay que decir que el calor absorbido por las nubes se destina en parte a calentar la atmósfera y en parte llega indirectamente a la superficie terrestre.

Variaciones diarias y anuales de la intensidad solar.radiación luminosa. La intensidad de la radiación solar directa en la superficie de la Tierra depende de la altura del Sol sobre el horizonte y del estado de la atmósfera (su contenido de polvo). Si. Si la transparencia de la atmósfera fuera constante a lo largo del día, entonces la intensidad máxima de la radiación solar se observaría al mediodía y la mínima al amanecer y al atardecer. En este caso, la gráfica de la intensidad diaria de la radiación solar sería simétrica respecto a medio día.

El contenido de polvo, vapor de agua y otras impurezas en la atmósfera cambia constantemente. En este sentido, se altera la transparencia de los cambios de aire y la simetría del gráfico de intensidad de la radiación solar. A menudo, especialmente en verano, al mediodía, cuando la superficie terrestre se calienta intensamente, surgen poderosas corrientes de aire ascendentes y aumenta la cantidad de vapor de agua y polvo en la atmósfera.

Esto se traduce en una reducción significativa de la radiación solar al mediodía; La intensidad máxima de radiación en este caso se observa antes del mediodía o de la tarde. La variación anual de la intensidad de la radiación solar también está asociada a cambios en la altura del Sol sobre el horizonte a lo largo del año y al estado de transparencia de la atmósfera en las distintas estaciones. En los países del hemisferio norte, la mayor altura del Sol sobre el horizonte se produce en el mes de junio. Pero al mismo tiempo se observa la mayor cantidad de polvo en la atmósfera. Por lo tanto, la intensidad máxima no suele producirse a mediados del verano, sino en los meses de primavera, cuando el Sol sale bastante alto* sobre el horizonte y la atmósfera después del invierno permanece relativamente clara. Para ilustrar la variación anual de la intensidad de la radiación solar en el hemisferio norte, presentamos datos sobre los valores promedio mensuales de intensidad de la radiación del mediodía en Pavlovsk.

La cantidad de calor procedente de la radiación solar.

El papel de la radiación directa y difusa en la cantidad anual de calor que recibe la superficie terrestre en diferentes latitudes del globo es diferente. En latitudes altas, la cantidad anual de calor está dominada por la radiación dispersa. A medida que la latitud disminuye, la radiación solar directa se vuelve dominante.

Por ejemplo, en la bahía de Tikhaya, la radiación solar difusa proporciona el 70% de la cantidad anual de calor y la radiación directa solo el 30%. En Tashkent, por el contrario, la radiación solar directa aporta el 70% y la dispersa sólo el 30%. Reflectividad de la Tierra. Albedo. Como ya se indicó, la superficie terrestre absorbe sólo una parte de la energía solar que le llega en forma de radiación directa y difusa. La otra parte se refleja en la atmósfera. La relación entre la cantidad de radiación solar reflejada por una superficie determinada y la cantidad de flujo de energía radiante que incide en esa superficie se llama albedo.

El albedo se expresa como porcentaje y caracteriza la reflectividad de una superficie determinada.

El albedo depende de la naturaleza de la superficie (propiedades del suelo, presencia de nieve, vegetación, agua, etc.) y del ángulo de incidencia de los rayos del Sol sobre la superficie terrestre. Entonces, por ejemplo, si los rayos caen sobre la superficie de la Tierra en un ángulo de 45°, entonces:

De los ejemplos anteriores queda claro que la reflectividad de diferentes objetos no es la misma.

Es mayor cerca de la nieve y menor cerca del agua. Sin embargo, los ejemplos que hemos tomado se refieren sólo a aquellos casos en los que la altura del Sol sobre el horizonte es de 45°. A medida que este ángulo disminuye, la reflectividad aumenta. Así, por ejemplo, a una altitud solar de 90°, el agua refleja solo el 2%, a 50° - 4%, a 20° - 12%, a 5° - 35-70% (dependiendo del estado de la superficie del agua). ). La Tierra, al recibir energía solar, se calienta y ella misma se convierte en una fuente de radiación de calor hacia el espacio. Sin embargo, los rayos emitidos por la superficie terrestre son muy diferentes a los rayos del sol. La Tierra emite sólo rayos infrarrojos (térmicos) invisibles de onda larga (λ 8-14 μ). La energía emitida por la superficie terrestre se llama radiación terrestre. La radiación de la Tierra ocurre... día y noche. Cuanto mayor sea la temperatura del cuerpo radiante, mayor será la intensidad de la radiación. La radiación terrestre se determina en las mismas unidades que la radiación solar, es decir, en calorías de 1 cm2 superficies en 1 min. Las observaciones han demostrado que la cantidad de radiación terrestre es pequeña. Por lo general, alcanza entre 15 y 18 centésimas de caloría. Pero, actuando de forma continua, puede producir un efecto térmico importante.

La radiación terrestre más fuerte se obtiene con un cielo sin nubes y buena transparencia de la atmósfera. La cobertura de nubes (especialmente las nubes bajas) reduce significativamente la radiación terrestre y, a menudo, la reduce a cero. Aquí podemos decir que la atmósfera, junto con las nubes, es una buena “manta” que protege a la Tierra del enfriamiento excesivo. Partes de la atmósfera, al igual que áreas de la superficie terrestre, emiten energía según su temperatura. Esta energía se llama radiación atmosférica. La intensidad de la radiación atmosférica depende de la temperatura de la parte radiante de la atmósfera, así como de la cantidad de vapor de agua y dióxido de carbono contenidos en el aire.

La radiación atmosférica pertenece al grupo de las ondas largas. Se propaga en la atmósfera en todas direcciones; una cierta cantidad llega a la superficie terrestre y es absorbida por ella, la otra parte va al espacio interplanetario. ACERCA DE

la llegada y consumo de la energía solar a la Tierra. cm2 La superficie terrestre, por un lado, recibe energía solar en forma de radiación directa y difusa, y por otro lado, pierde parte de esta energía en forma de radiación terrestre. Como consecuencia de la llegada y consumo de energía solar se obtiene algún resultado, en algunos casos este resultado puede ser positivo, en otros, negativo. heces 8 de enero. El día está despejado. el 1 heces superficie terrestre recibida en 20 días radiación solar directa y 12 radiación dispersa; en total, esto da 32 California. Durante el mismo tiempo, debido a la radiación 1 radiación solar directa y 12¿centímetro? heces la superficie de la tierra perdió 202

Como resultado, en lenguaje contable, el balance tiene una pérdida de 170 (saldo negativo). de radiación dispersa 46 radiación solar directa y 12 En total, por tanto, la superficie terrestre recibió 1 cm2 676 radiación solar directa y 12 173 perdidos por radiación terrestre radiación solar directa y 12 El balance arroja un beneficio de 503 heces(el saldo es positivo).

De los ejemplos citados se desprende, entre otras cosas, por qué las latitudes templadas son frías en invierno y cálidas en verano.

Aprovechamiento de la radiación solar con fines técnicos y domésticos. La radiación solar es una fuente natural inagotable de energía. La cantidad de energía solar en la Tierra se puede juzgar con este ejemplo: si, por ejemplo, utilizamos el calor de la radiación solar que incide solo en 1/10 del área de la URSS, entonces podemos obtener energía igual al trabajo. de 30 mil centrales hidroeléctricas del Dniéper.

La gente lleva mucho tiempo intentando utilizar la energía gratuita de la radiación solar para sus necesidades. Hasta la fecha, se han creado muchas plantas de energía solar diferentes que funcionan con radiación solar y son ampliamente utilizadas en la industria y para satisfacer las necesidades domésticas de la población. En las regiones del sur de la URSS, los calentadores de agua solares, las calderas, las plantas desalinizadoras de agua salada, los secadores solares (para secar frutas), las cocinas, los baños, los invernaderos y los dispositivos con fines medicinales funcionan sobre la base del uso generalizado de la radiación solar en industria y servicios públicos. La radiación solar se utiliza mucho en los centros turísticos para tratar y mejorar la salud de las personas.

Pudovkin O.L. Estructura y radiación electromagnética del Sol 0 Moscú, 2014

Pudovkin O.L. Estructura y radiación electromagnética del Sol Moscú, 2014 1

UDC 52 + 55 Pudovkin O.L. Estructura y radiación electromagnética del Sol. – Plataforma abierta de publicación electrónica SPUBLER. Fecha de publicación: 2014-08-17. - 22 s. Se presenta información general sobre el tema de la radiación electromagnética del Sol, necesaria para los desarrolladores de sistemas espaciales de teledetección de la Tierra y los usuarios de información espacial. 2

1. Estructura del Sol El Sol es la estrella más cercana a la Tierra, distante de nosotros a una distancia de 8,32 ± 0,16 minutos luz. Todas las demás estrellas están mucho más lejos. La estrella más cercana a nosotros es Proxima Centauri [de. lat roxima - más cercana] es una enana roja perteneciente al sistema estelar Alpha Centauri, ubicada a una distancia de 4,2421 ± 0,0016 años luz, que es 270.000 veces la distancia de la Tierra al Sol. Figura 1 – Estructura del Sol.

1.1. Capas internas del Sol Los estudios teóricos del siglo pasado, confirmados por datos experimentales de las últimas décadas, han demostrado que las capas internas (no directamente observables) del Sol constan de tres partes principales, aproximadamente iguales en profundidad: la zona de reacciones nucleares ; El núcleo es el único lugar del Sol donde la energía y el calor provienen de una reacción termonuclear; el resto de la estrella es calentado por esta energía. Toda la energía central 4

atraviesa sucesivamente las capas, hasta llegar a la fotosfera, desde donde se emite en forma de luz solar y energía cinética. Así, en la zona convectiva del Sol hay un proceso de mezcla constante. Se cree que los flujos de plasma que se mueven en él contribuyen principalmente a la formación del campo magnético solar.

1.2. Atmósfera del Sol La atmósfera del Sol se refiere a sus tres capas exteriores: la fotosfera, la cromosfera y la corona. La corona se convierte en viento solar. Las capas están ubicadas sobre la zona convectiva y consisten principalmente (en número de átomos) en hidrógeno, helio - 10%, carbono, nitrógeno y oxígeno - 0,0001%, metales junto con todos los demás elementos químicos - 0,00001%. El límite superior de la cromosfera no tiene una superficie lisa clara; de él se producen constantemente emisiones calientes llamadas espículas.

La espícula es el elemento principal de la fina estructura de la cromosfera solar. Si se observa el borde del Sol a una luz de una frecuencia determinada y estrictamente constante, las espículas serán visibles como columnas de gas luminoso, bastante delgadas en la escala solar, con un diámetro de unos 1.000 km. Estas columnas primero se elevan desde la cromosfera inferior hasta 5.000-10.000 km y luego retroceden, donde se desvanecen. Todo esto sucede a una velocidad de unos 20.000 m/s. La espícula vive de 5 a 10 minutos. Como la temperatura de la corona es muy alta, emite intensas radiaciones en el rango ultravioleta y de rayos X. Estas radiaciones no atraviesan la atmósfera terrestre, sino que se estudian mediante naves espaciales. La radiación en diferentes zonas de la corona se produce de manera desigual.

Hay regiones cálidas, activas y tranquilas, así como agujeros de la corona con una temperatura relativamente baja de 600.0000 K, de donde emergen líneas de campo magnético hacia el espacio. Esta configuración magnética “abierta” permite que las partículas abandonen el Sol sin obstáculos, por lo que el viento solar se emite principalmente desde los agujeros coronales. Si en el centro hay radiación gamma y rayos X, entonces en las capas medias del globo solar predominan los rayos ultravioleta y en la superficie emisora ​​​​del Sol, la fotosfera, se transforman en ondas del rango de luz. de radiación.

La radiación solar está contenida principalmente en el rango infrarrojo y sólo una pequeña parte es emisión de radio.

La energía radiante del Sol es la principal fuente de energía de la Tierra. La radiación de las estrellas y de la Luna es insignificante en comparación con la del Sol y no contribuye significativamente a los procesos en la Tierra. El flujo de energía que se dirige a la superficie de la Tierra desde las profundidades del planeta también es insignificante.

La parte de onda corta del espectro es la más destructiva para la vida en la Tierra e incluye: radiación gamma (rayos gamma, rayos γ), un tipo de radiación electromagnética con una longitud de onda extremadamente corta, menos de 5,10-3 nm ( frecuencia - más 6·1019 Hz), con propiedades de onda corpusculares pronunciadas y débilmente expresadas. Fuente – procesos nucleares y cósmicos, desintegración radiactiva; 13 - 6,20 eV FUV lejano 200 nm - 122 nm 6,20 - 10,2 eV EUV extremo, XUV 121 nm - 10 nm 10,2 - 124 eV Ultravioleta A, UV-A de onda larga, UVA 400 nm - 315 nm 3,10 - 3,94 eV rango ultravioleta B, UV-B de onda media, UVB 315 nm - 280 nm Rango de 3,94 - 4,43 eV Ultravioleta C, UV-C de onda corta, UVC Rango de 280 nm - 100 nm 4,43 - 12,4 eV 11

El rango ultravioleta cercano a menudo se denomina “luz negra” porque el ojo humano no lo reconoce, pero cuando se refleja en algunos materiales, el espectro se mueve hacia la región visible. Para el rango lejano y extremo se utiliza a menudo el término "vacío" (VUV), debido a que las ondas en este rango son fuertemente absorbidas por la atmósfera terrestre. Figura 6 – Círculo de colores de Newton del libro “Óptica” (1704), que muestra la relación entre colores y notas musicales. Los colores del espectro del “rojo” al “violeta” están separados por notas, comenzando con la nota “D” (D). El círculo es una octava completa.

Cuando un rayo blanco se descompone en un prisma, se forma un espectro en el que la radiación de diferentes longitudes de onda se refracta en diferentes ángulos. Los colores incluidos en el espectro, es decir, aquellos colores que se pueden obtener mediante ondas de luz de la misma longitud de onda (o de un rango muy estrecho), se denominan colores espectrales. Los principales colores espectrales de la luz visible tienen sus propios nombres y sus características se presentan en la tabla. En el rango medio, la mayor parte de la radiación es absorbida por los componentes atmosféricos 13

(vapor de agua, dióxido de carbono). En el subrango lejano, se disipa menos energía en la atmósfera y la principal fuente de radiación es la superficie de la Tierra. Los rayos infrarrojos tienen diferentes efectos sobre las plantas. Por ejemplo, los tomates y los pepinos reaccionan débilmente a la luz infrarroja de hasta 1100 nm. Este alcance de luz actúa sobre el estiramiento del hipocotiledóneo, tallos y brotes. La radiación cercana a bajas temperaturas puede ser absorbida parcialmente por la clorofila y no sobrecalentar la hoja, lo que será útil para la fotosíntesis.

Figura 7 - Efecto de la longitud de onda en el desarrollo de las plantas Ondas de radio (microondas). El Sol no sólo emite energía desde la radiación gamma hasta la infrarroja, sino también ondas de radio, que son transmitidas por la atmósfera terrestre en longitudes que van desde varios milímetros hasta decenas de metros. A pesar de varios intentos iniciales de detectar ondas de radio del Sol, no fueron descubiertas hasta febrero de 1942 como fuente de interferencia en las pantallas de radar británicas durante la Segunda Guerra Mundial. Tras su finalización en 1945, comenzó el rápido desarrollo de la radioastronomía, incluida la astronomía solar. 15

Figura 8 – Dependencia de la intensidad de los principales componentes de la emisión de radio solar (su temperatura de brillo) de la frecuencia (longitud de onda) La temperatura de brillo es una cantidad fotométrica que caracteriza la intensidad de la radiación. A menudo se utiliza en radioastronomía. Por definición, la temperatura de brillo es la temperatura que tendría un cuerpo absolutamente negro si tuviera la misma intensidad en un rango de frecuencia determinado. Cabe señalar que la temperatura de brillo no es una temperatura en el sentido habitual. Caracteriza la radiación y, según el mecanismo de radiación, puede diferir significativamente de la temperatura física del cuerpo radiante. Por ejemplo, en el caso de los púlsares alcanza los 1026 0K.

En la zona comprendida entre las manchas se observan fuentes aparentemente de carácter no térmico. Después de las ráfagas de radio de tipo III, en el 10% de los casos se observa emisión de radio en un amplio rango de frecuencia con una intensidad máxima a una frecuencia de ~ 100 MHz (λ ~ 3 m). Esta emisión se llama ráfagas de radio tipo V y las ráfagas duran entre 1 y 3 minutos. Al parecer, también se deben a la generación de ondas de plasma.

en las capas superiores de la corona. Normalmente, las fuentes de radio de tipo IV ascienden en la corona a una velocidad de varios cientos de km/s y pueden rastrearse hasta alturas de 5 radios solares por encima de la fotosfera. Las llamaradas, que están asociadas con intensas explosiones de centímetros y emisiones de radio de tipo II y IV en ondas métricas, suelen ir acompañadas de efectos geofísicos: un aumento en la intensidad de los flujos de protones en el espacio cercano a la Tierra, el cese de las comunicaciones por radio en ondas cortas. a través de las regiones polares, tormentas geomagnéticas, etc. Las emisiones de radio en una amplia gama de frecuencias pueden utilizarse para predecir estos efectos a corto plazo. Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos - IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers] es una asociación internacional sin fines de lucro de especialistas en el campo de la tecnología.

ingenieros eléctricos [del inglés. Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos, AIEE], establecido en 1884.

3. Insolación solar en el límite superior de la atmósfera terrestre El parámetro más importante que determina las condiciones físicas de los planetas del sistema solar es la cantidad de energía recibida del Sol, que se caracteriza por la constante solar S0. Para el planeta Tierra, en la figura se muestra el cambio en el valor de la constante solar durante los últimos 35 años.

En la tabla se presenta el cambio relativo del flujo solar en el límite superior de la atmósfera terrestre (()) durante varios meses del año.

Dado que el Sol se acerca más a la Tierra en enero (invierno del hemisferio norte), la distribución de las cantidades diarias de energía solar no es del todo uniforme. La insolación máxima se produce en verano en los polos, lo que está asociado con la duración de las horas de luz (24 horas). La cantidad mínima es cero en los polos durante las noches polares. En el subrango de longitud de onda corta, la radiación infrarroja se dispersa casi de la misma manera que en el rango visible, y la principal fuente de esta radiación es el Sol. En el rango medio, la mayor parte de la radiación es absorbida por los componentes atmosféricos (vapor de agua, dióxido de carbono). En el subrango lejano, se disipa menos energía en la atmósfera y la principal fuente de radiación es la superficie de la Tierra.

Tabla 6 - Cambios relativos en el flujo solar por mes Mes número 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 en el año d, % 3,4 2,8 1,8 0,2 -1,5 -2,8 -3 ,5 -3,1 -1,7 -0,3 1,6 1,8 It De la tabla se deduce que la Tierra recibe más energía del Sol en invierno que en verano. La Tierra está más cerca del Sol en invierno que en verano y, por tanto, recibe casi un 7% más de energía.

La energía solar total que llega por día a un solo sitio se puede determinar con base en la expresión [ ()], (7) donde H es la mitad de las horas de luz, es decir desde el amanecer y el atardecer hasta el mediodía;

ω – velocidad angular de rotación de la Tierra;

En la antigüedad, la fuente de radiación solar, el Sol, era una deidad, un objeto digno de adoración. La trayectoria solar a través del cielo parecía a la gente una prueba obvia de la voluntad de Dios. Los intentos de comprender la esencia del fenómeno, de explicar qué es esta estrella, se han realizado durante mucho tiempo, y Copérnico les hizo una contribución particularmente significativa, formando la idea de heliocentrismo, que era sorprendentemente diferente de la generalmente aceptada. geocentrismo de esa época. Sin embargo, se sabe con certeza que incluso en la antigüedad, los científicos pensaron más de una vez en qué es el Sol, por qué es tan importante para cualquier forma de vida en nuestro planeta, por qué el movimiento de esta luminaria es exactamente como vemos. él.

El progreso de la tecnología ha permitido comprender mejor qué es el Sol, qué procesos ocurren dentro de la estrella, en su superficie. Los científicos han aprendido qué es la radiación solar, cómo un objeto gaseoso afecta a los planetas en su zona de influencia, en particular al clima terrestre. Ahora la humanidad tiene una base de conocimientos lo suficientemente voluminosa como para decir con seguridad: se ha podido descubrir cuál es la radiación emitida por el Sol en esencia, cómo medir este flujo de energía y cómo formular las características de su impacto en diversas formas. de la vida orgánica en la Tierra.

Acerca de los términos

El paso más importante para dominar la esencia del concepto se dio en el siglo pasado. Fue entonces cuando el eminente astrónomo A. Eddington formuló una suposición: la fusión termonuclear se produce en las profundidades del Sol, lo que permite la liberación de una gran cantidad de energía emitida al espacio alrededor de la estrella. Al intentar estimar la magnitud de la radiación solar, se hicieron esfuerzos para determinar los parámetros reales del entorno de la luminaria. Así, la temperatura del núcleo, según los científicos, alcanza los 15 millones de grados. Esto es suficiente para hacer frente a la influencia repulsiva mutua de los protones. La colisión de unidades conduce a la formación de núcleos de helio.

La nueva información atrajo la atención de muchos científicos destacados, incluido A. Einstein. Al intentar estimar la cantidad de radiación solar, los científicos descubrieron que los núcleos de helio en masa son inferiores al valor total de 4 protones necesarios para la formación de una nueva estructura. Así se identificó una característica de las reacciones, denominada “defecto de masa”. ¡Pero en la naturaleza nada puede desaparecer sin dejar rastro! En un intento por encontrar los valores “escapados”, los científicos compararon la curación energética y la especificidad de los cambios de masa. Fue entonces cuando se pudo revelar que la diferencia era emitida por rayos gamma.

Los objetos emitidos se abren paso desde el núcleo de nuestra estrella hasta su superficie a través de numerosas capas atmosféricas gaseosas, lo que provoca la fragmentación de los elementos y la formación de radiación electromagnética a partir de ellos. Entre otros tipos de radiación solar se encuentra la luz percibida por el ojo humano. Estimaciones aproximadas sugieren que el proceso de paso de los rayos gamma dura unos 10 millones de años. Otros ocho minutos y la energía emitida llega a la superficie de nuestro planeta.

¿Cómo y qué?

La radiación solar es el complejo total de la radiación electromagnética, que tiene un alcance bastante amplio. Entre ellos se incluye el llamado viento solar, es decir, un flujo de energía formado por electrones y partículas ligeras. En la capa límite de la atmósfera de nuestro planeta se observa constantemente la misma intensidad de radiación solar. La energía de una estrella es discreta, su transferencia se realiza a través de cuantos y el matiz corpuscular es tan insignificante que los rayos pueden considerarse ondas electromagnéticas. Y su distribución, como han descubierto los físicos, se produce de manera uniforme y en línea recta. Por tanto, para describir la radiación solar es necesario determinar su longitud de onda característica. En base a este parámetro, se acostumbra distinguir varios tipos de radiación:

• cálido;
• onda de radio;
• luz blanca;
• ultravioleta;
• gama;
• Radiografía.

La proporción entre infrarrojo, visible y ultravioleta se estima mejor de la siguiente manera: 52%, 43%, 5%.

Para una evaluación cuantitativa de la radiación, es necesario calcular la densidad de flujo de energía, es decir, la cantidad de energía que llega a un área limitada de la superficie en un período de tiempo determinado.

Las investigaciones han demostrado que la radiación solar es absorbida predominantemente por la atmósfera planetaria. Gracias a esto, el calentamiento se produce a una temperatura agradable para la vida orgánica característica de la Tierra. La capa de ozono existente deja pasar sólo una centésima parte de la radiación ultravioleta. En este caso, las ondas de corta duración que son peligrosas para los seres vivos quedan completamente bloqueadas. Las capas atmosféricas son capaces de dispersar casi un tercio de los rayos del Sol y otro 20% son absorbidos. En consecuencia, no más de la mitad de la energía total llega a la superficie del planeta. Es este "residuo" lo que la ciencia llama radiación solar directa.

¿Qué tal más detalles?

Hay varios aspectos que determinan qué tan intensa será la radiación directa. Los más importantes son el ángulo de incidencia, que depende de la latitud (característica geográfica de la zona del globo), la época del año, que determina la distancia a un punto concreto de la fuente de radiación. Mucho depende de las características de la atmósfera: qué tan contaminada está, cuántas nubes hay en un momento dado. Finalmente, influye la naturaleza de la superficie sobre la que incide el haz, es decir, su capacidad para reflejar las ondas entrantes.

La radiación solar total es una cantidad que combina volúmenes dispersos y radiación directa. El parámetro utilizado para evaluar la intensidad se estima en calorías por unidad de área. Al mismo tiempo, recuerde que en diferentes momentos del día difieren los valores característicos de la radiación. Además, la energía no se puede distribuir uniformemente por la superficie del planeta. Cuanto más cerca del polo, mayor es la intensidad, mientras que la capa de nieve es muy reflectante, lo que significa que el aire no tiene la oportunidad de calentarse. En consecuencia, cuanto más lejos del ecuador, menor será la radiación total de las ondas solares.

Como han descubierto los científicos, la energía de la radiación solar tiene un grave impacto en el clima planetario y subyuga la actividad vital de diversos organismos que existen en la Tierra. En nuestro país, así como en el territorio de nuestros vecinos más cercanos, así como en otros países ubicados en el hemisferio norte, en invierno la proporción predominante pertenece a la radiación dispersa, pero en verano domina la radiación directa.

ondas infrarrojas

De la cantidad total de radiación solar, un porcentaje impresionante pertenece al espectro infrarrojo, que no es percibido por el ojo humano. Debido a tales ondas, la superficie del planeta se calienta, transfiriendo gradualmente energía térmica a las masas de aire. Esto ayuda a mantener un clima confortable y mantener las condiciones para la existencia de vida orgánica. Si no se producen alteraciones graves, el clima permanece relativamente sin cambios, lo que significa que todos los seres vivos pueden vivir en sus condiciones habituales.

Nuestra estrella no es la única fuente de ondas infrarrojas. Una radiación similar es característica de cualquier objeto calentado, incluida una batería común en un hogar humano. Numerosos dispositivos funcionan según el principio de percepción de la radiación infrarroja, lo que permite ver cuerpos calientes en la oscuridad u otras condiciones incómodas para la vista. Por cierto, los dispositivos compactos que se han vuelto tan populares últimamente funcionan según un principio similar para evaluar en qué zonas del edificio se produce la mayor pérdida de calor. Estos mecanismos están especialmente extendidos entre los constructores, así como entre los propietarios de viviendas particulares, ya que ayudan a identificar por qué zonas se pierde el calor, organizar su protección y evitar un consumo energético innecesario.

No subestimes la influencia de la radiación solar en el espectro infrarrojo en el cuerpo humano simplemente porque nuestros ojos no pueden percibir tales ondas. En particular, la radiación se utiliza activamente en medicina, ya que permite aumentar la concentración de leucocitos en el sistema circulatorio, así como normalizar el flujo sanguíneo aumentando la luz de los vasos sanguíneos. Los dispositivos basados ​​​​en el espectro IR se utilizan como profilácticos contra patologías de la piel y terapéuticos para procesos inflamatorios en formas agudas y crónicas. Los medicamentos más modernos ayudan a hacer frente a las cicatrices coloides y las heridas tróficas.

esto es interesante

A partir del estudio de los factores de radiación solar, fue posible crear dispositivos verdaderamente únicos llamados termógrafos. Permiten detectar oportunamente diversas enfermedades que no pueden detectarse por otros medios. Así es como se puede encontrar cáncer o un coágulo de sangre. El IR protege hasta cierto punto de la radiación ultravioleta, peligrosa para la vida orgánica, lo que ha permitido utilizar ondas de este espectro para restaurar la salud de los astronautas que llevan mucho tiempo en el espacio.

La naturaleza que nos rodea sigue siendo un misterio hasta el día de hoy, lo mismo se aplica a la radiación de diferentes longitudes de onda. En particular, la luz infrarroja aún no se ha estudiado en profundidad. Los científicos saben que su uso inadecuado puede perjudicar la salud. Por tanto, es inaceptable utilizar equipos que generen dicha luz para el tratamiento de zonas inflamadas purulentas, hemorragias y neoplasias malignas. El espectro infrarrojo está contraindicado para personas que padecen disfunciones del corazón y de los vasos sanguíneos, incluidos los situados en el cerebro.

luz visible

Uno de los elementos de la radiación solar total es la luz visible para el ojo humano. Los haces de ondas viajan en línea recta, por lo que no se superponen entre sí. Hubo un tiempo en que esto se convirtió en el tema de un número considerable de trabajos científicos: los científicos se propusieron comprender por qué hay tantos matices a nuestro alrededor. Resultó que los parámetros de iluminación clave desempeñan un papel importante:

• refracción;
• reflexión;
• absorción.

Como han descubierto los científicos, los objetos no pueden ser por sí mismos fuentes de luz visible, pero pueden absorber la radiación y reflejarla. Los ángulos de reflexión y las frecuencias de las ondas varían. A lo largo de muchos siglos, la capacidad de ver de una persona ha ido mejorando gradualmente, pero ciertas limitaciones se deben a la estructura biológica del ojo: la retina es tal que sólo puede percibir ciertos rayos de ondas de luz reflejadas. Esta radiación es una pequeña brecha entre las ondas ultravioleta e infrarroja.

Numerosas características curiosas y misteriosas de la luz no sólo se convirtieron en el tema de muchas obras, sino que también sirvieron de base para el surgimiento de una nueva disciplina física. Al mismo tiempo, aparecieron prácticas y teorías no científicas, cuyos partidarios creen que el color puede afectar la condición física y la psique de una persona. Partiendo de tales suposiciones, las personas se rodean de los objetos que más agradan a sus ojos, lo que hace que la vida cotidiana sea más cómoda.

Ultravioleta

Un aspecto igualmente importante de la radiación solar total es la radiación ultravioleta, formada por ondas de longitud grande, media y corta. Se diferencian entre sí tanto en los parámetros físicos como en las características de su influencia en las formas de vida orgánica. Las ondas ultravioleta largas, por ejemplo, se encuentran dispersas en su mayor parte en las capas atmosféricas y sólo un pequeño porcentaje llega a la superficie terrestre. Cuanto más corta es la longitud de onda, más profundamente puede penetrar dicha radiación en la piel humana (y no sólo).

Por un lado, la radiación ultravioleta es peligrosa, pero sin ella la existencia de vida orgánica diversa es imposible. Esta radiación es responsable de la formación de calciferol en el cuerpo, y este elemento es necesario para la construcción del tejido óseo. El espectro ultravioleta es una poderosa prevención del raquitismo y la osteocondrosis, lo cual es especialmente importante en la infancia. Además, dicha radiación:

• normaliza el metabolismo;
• activa la producción de enzimas esenciales;
• mejora los procesos regenerativos;
• estimula el flujo sanguíneo;
• dilata los vasos sanguíneos;
• estimula el sistema inmunológico;
• conduce a la formación de endorfinas, lo que significa que disminuye la sobreexcitación nerviosa.

La otra cara de la moneda

Ya se dijo anteriormente que la radiación solar total es la cantidad de radiación que llega a la superficie del planeta y se dispersa en la atmósfera. En consecuencia, el elemento de este volumen es ultravioleta de todas las longitudes. Hay que recordar que este factor tiene efectos tanto positivos como negativos sobre la vida orgánica. Tomar el sol, aunque suele ser beneficioso, puede ser una fuente de riesgos para la salud. La exposición excesiva a la luz solar directa, especialmente en condiciones de mayor actividad solar, es dañina y peligrosa. Los efectos a largo plazo en el cuerpo, así como una actividad de radiación demasiado alta, causan:

• quemaduras, enrojecimiento;
• hinchazón;
• hiperemia;
• calor;
• náuseas;
• vómitos.

La irradiación ultravioleta prolongada provoca alteraciones del apetito, del funcionamiento del sistema nervioso central y del sistema inmunológico. Además, me empieza a doler la cabeza. Los síntomas descritos son manifestaciones clásicas de insolación. La persona misma no siempre puede darse cuenta de lo que está sucediendo: la condición empeora gradualmente. Si se nota que alguien cercano se siente mal, se deben proporcionar primeros auxilios. El esquema es el siguiente:

• ayude a pasar de la luz directa a un lugar fresco y sombreado;
• coloque al paciente boca arriba de modo que sus piernas queden más altas que su cabeza (esto ayudará a normalizar el flujo sanguíneo);
• enfríe el cuello y la cara con agua y póngase una compresa fría en la frente;
• desabrocharse la corbata, el cinturón, quitarse la ropa ajustada;
• Media hora después del ataque, dé de beber agua fría (una pequeña cantidad).

Si la víctima pierde el conocimiento, es importante buscar inmediatamente la ayuda de un médico. El equipo de la ambulancia trasladará a la persona a un lugar seguro y le administrará una inyección de glucosa o vitamina C. El medicamento se administra por vía intravenosa.

¿Cómo broncearse correctamente?

Para no aprender por experiencia propia lo desagradable que puede ser una cantidad excesiva de radiación solar recibida durante el bronceado, es importante seguir las reglas para pasar tiempo de forma segura al sol. La luz ultravioleta inicia la producción de melanina, una hormona que ayuda a la piel a protegerse de los efectos negativos de las ondas. Bajo la influencia de esta sustancia, la piel se oscurece y el tono se vuelve bronce. A día de hoy, continúan los debates sobre cuán beneficioso y perjudicial es para los humanos.

Por un lado, el bronceado es un intento del cuerpo de protegerse de una exposición excesiva a la radiación. Esto aumenta la probabilidad de formación de neoplasias malignas. Por otro lado, el bronceado se considera moderno y bonito. Para minimizar los riesgos para usted, es aconsejable, antes de iniciar los procedimientos en la playa, comprender por qué la cantidad de radiación solar recibida al tomar el sol es peligrosa y cómo minimizar los riesgos para usted. Para que la experiencia sea lo más placentera posible, los bañistas deben:

• beber mucha agua;
• utilizar productos protectores de la piel;
• tomar el sol por la tarde o por la mañana;
• no pase más de una hora bajo la luz solar directa;
• no beba alcohol;
• Incluya en el menú alimentos ricos en selenio, tocoferol y tirosina. No te olvides del betacaroteno.

La importancia de la radiación solar para el cuerpo humano es sumamente grande; no se deben pasar por alto tanto los aspectos positivos como los negativos. Hay que tener en cuenta que diferentes personas tienen reacciones bioquímicas con características individuales, por lo que para algunos media hora de baño de sol puede resultar peligroso. Es aconsejable consultar a un médico antes de la temporada de playa para evaluar el tipo y estado de la piel. Esto ayudará a prevenir daños a la salud.

Si es posible, se debe evitar el bronceado en la vejez, durante el período de gestación. Las enfermedades oncológicas, los trastornos mentales, las patologías de la piel y el funcionamiento insuficiente del corazón no se combinan con los baños de sol.

Radiación total: ¿dónde está la escasez?

Es bastante interesante considerar el proceso de distribución de la radiación solar. Como se mencionó anteriormente, sólo aproximadamente la mitad de todas las ondas pueden alcanzar la superficie del planeta. ¿A dónde va el resto? Las diferentes capas de la atmósfera y las partículas microscópicas a partir de las cuales se forman desempeñan su papel. Una parte impresionante, como ya hemos dicho, es absorbida por la capa de ozono; todas ellas son ondas cuya longitud es inferior a 0,36 micrones. Además, el ozono es capaz de absorber algunos tipos de ondas del espectro visible para el ojo humano, es decir, el rango de 0,44-1,18 micras.

La luz ultravioleta es absorbida en cierta medida por la capa de oxígeno. Esto es típico de la radiación con una longitud de onda de 0,13 a 0,24 micrones. El dióxido de carbono y el vapor de agua pueden absorber un pequeño porcentaje del espectro infrarrojo. El aerosol atmosférico absorbe una parte (espectro IR) de la cantidad total de radiación solar.

Las ondas de categoría corta se dispersan en la atmósfera debido a la presencia de partículas microscópicas no homogéneas, aerosoles y nubes. Los elementos no homogéneos, partículas cuyas dimensiones son menores que la longitud de onda, provocan dispersión molecular, y las más grandes se caracterizan por un fenómeno descrito por la indicatriz, es decir, el aerosol.

La cantidad restante de radiación solar llega a la superficie terrestre. Combina radiación directa y radiación dispersa.

Radiación total: aspectos importantes

El valor total es la cantidad de radiación solar que recibe el territorio, así como la absorbida en la atmósfera. Si no hay nubes en el cielo, la cantidad total de radiación depende de la latitud de la zona, la altitud del cuerpo celeste, el tipo de superficie terrestre en esta zona y el nivel de transparencia del aire. Cuantas más partículas de aerosol se esparcen en la atmósfera, menor es la radiación directa, pero la proporción de radiación dispersa aumenta. Normalmente, en ausencia de nubes, la radiación dispersada supone una cuarta parte de la radiación total.

Nuestro país es uno de los del norte, por lo que la mayor parte del año en las regiones del sur la radiación es significativamente mayor que en las del norte. Esto se debe a la posición de la estrella en el cielo. Pero el corto período de mayo a julio es un período único en el que, incluso en el norte, la radiación total es bastante impresionante, ya que el sol está alto en el cielo y la duración de las horas de luz es más larga que en otros meses del año. . Además, en promedio, en la mitad asiática del país, en ausencia de nubes, la radiación total es más significativa que en el oeste. La intensidad máxima de la radiación de las ondas se produce al mediodía y el máximo anual se produce en junio, cuando el sol está más alto en el cielo.

La radiación solar total es la cantidad de energía solar que llega a nuestro planeta. Hay que recordar que diversos factores atmosféricos hacen que la cantidad anual de radiación total sea menor de lo que podría ser. La mayor diferencia entre lo que realmente se observa y lo máximo posible es típica de las regiones del Lejano Oriente durante el verano. Los monzones provocan nubes extremadamente densas, por lo que la radiación total se reduce aproximadamente a la mitad.

Curioso por saber

De hecho, el mayor porcentaje de la exposición máxima posible a la energía solar se observa (cada 12 meses) en el sur del país. La cifra llega al 80%.

La nubosidad no siempre da como resultado la misma cantidad de dispersión de radiación solar. La forma de las nubes y las características del disco solar en un momento determinado influyen. Si está abierto, la nubosidad provoca una disminución de la radiación directa, mientras que la radiación dispersa aumenta considerablemente.

También puede haber días en que la radiación directa tenga aproximadamente la misma intensidad que la radiación dispersa. El valor total diario puede ser incluso mayor que la radiación característica de un día completamente despejado.

Al calcular para 12 meses, se debe prestar especial atención a los fenómenos astronómicos, ya que determinan indicadores numéricos generales. Al mismo tiempo, la nubosidad hace que el máximo de radiación en realidad no se observe en junio, sino un mes antes o después.

Radiación en el espacio

Desde los límites de la magnetosfera de nuestro planeta y más allá en el espacio exterior, la radiación solar se convierte en un factor asociado con el peligro mortal para los humanos. En 1964 se publicó un importante trabajo de divulgación científica sobre métodos de protección. Sus autores fueron los científicos soviéticos Kamanin y Bubnov. Se sabe que para una persona la dosis de radiación por semana no debe ser superior a 0,3 roentgens, mientras que para un año, dentro de 15 R. Para una exposición a corto plazo, el límite para una persona es 600 R. Los vuelos al espacio, especialmente En condiciones de actividad solar impredecible, puede ir acompañado de una exposición significativa de los astronautas, lo que requiere medidas de protección adicionales contra ondas de diferentes longitudes.

Ha pasado más de una década desde las misiones Apolo, durante las cuales se probaron métodos de protección y se estudiaron los factores que afectan la salud humana, pero hasta el día de hoy los científicos no pueden encontrar métodos eficaces y fiables para predecir tormentas geomagnéticas. Se puede hacer una previsión por horas, a veces por varios días, pero incluso para una suposición semanal, las posibilidades de implementación no superan el 5%. El viento solar es un fenómeno aún más impredecible. Con una probabilidad de uno entre tres, los astronautas que emprenden una nueva misión pueden encontrarse en potentes corrientes de radiación. Esto hace que la cuestión de la investigación y la predicción de las características de la radiación y el desarrollo de métodos de protección contra ella sean aún más importantes.