Солнечная радиация
Солнечная радиация — это электромагнитное и корпускулярное излучение Солнца. Природа солнечного излучения оставалась неясной до тех пор, пока в начале ХХ века выдающийся астроном Артур Эддингтон не предположил, что источником колоссальной солнечной энергии являются реакции термоядерного синтеза, которые происходят в его недрах. Температура вблизи его ядра (около 15 млн градусов) является достаточной для того, чтобы протоны преодолевали силу взаимного отталкивания и в результате столкновения образовывали ядра гелия.
Впоследствии ученые (в частности, Альберт Эйнштейн) обнаружили, что масса ядра гелия несколько меньше суммарной массы четырех протонов, из которых оно образуется. Этот феномен получил название дефекта масс. Проследив взаимосвязь массы и энергии, ученые обнаружили, что этот излишек выделяется в виде гамма-квантов.
При прохождении пути от ядра к поверхности Солнца через слои составляющих его газов, гамма-кванты дробятся и превращаются в электромагнитные волны, среди которых находится и видимый человеческому глазу свет. Этот процесс занимает около 10 млн лет. А для достижения солнечного излучения земной поверхности требуется всего 8 минут.
Солнце излучает электромагнитные волны разной длины. Одни из них представляют собой свет; другие — инфракрасные лучи, несущие тепло; третьи — целый ряд лучей, невидимых человеческим глазом: гамма-лучи, рентгеновские, ультрафиолетовые и радиоволны. Земная атмосфера лучше всего пропускает видимый свет и радиоволны коротковолнового диапазона, а губительные для жизни ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи, в основном, поглощаются атмосферой. Атмосфера поглощает около 20 % солнечных лучей, 30% рассеивает в разные стороны. Таким образом, на земную поверхность попадает только половина лучистой энергии, названная прямой солнечной радиацией. А озоновый слой пропускает всего 1% ультрафиолетовых лучей и служит щитом от более агрессивного коротковолнового излучения. Поэтому истончение озонового слоя, а тем более озоновые дыры представляет собой огромную угрозу.
Для нашей планеты Солнце — единственный источник тепла и света, от Луны и звёзд поступает ничтожно малое количество радиации. Лучистая энергия Солнца нагревает поверхность Земли, а от неё нагреваются нижние слои атмосферы. Солнечные лучи, проходящие через атмосферные слои, нагревают их значительно меньше. Радиацию, которая доходит до Земли непосредственно от светила, не рассеивается и не поглощается в атмосфере, называют прямой солнечной радиацией.
Атмосферный воздух содержит мельчайшие частички жидких и твёрдых примесей — пылинки, капельки воды, кристаллы, частички солей. Наталкиваясь на эти препятствия, некоторые солнечные лучи рассеиваются в атмосфере. Эту часть солнечной радиации называют рассеянной. Около 25% энергии от общего потока солнечной радиации превращается в атмосфере в рассеянную.
Вся прямая и рассеянная радиация Солнца, достигшая Земли, составляет суммарную солнечную радиацию. Её количество зависит от угла падения солнечных лучей, продолжительности дня, облачности и прозрачности атмосферы. В тропических широтах годовая величина суммарной солнечной радиации составляет около 200 ккал/ см2, а в полярных областях — 50 ккал/см2.
Небольшое количество солнечной радиации поглощается молекулами атмосферных газов и примесями, а та радиация, что всё же достигает поверхности планеты, частично поглощается земной поверхностью, а частично отражается и уходит обратно в атмосферу. Воздушная оболочка Земли поглощает 15-20% радиации, приходящей от светила.
Солнечные лучи, падающие на водную гладь, белый снег или кроны деревьев, нагревают их по-разному, потому что поверхности различного цвета и структуры поглощают лучи неодинаково. Например, тёмная поверхность вспаханной почвы нагревается быстрее, чем свежевыпавший белый снег. Отношение количества отражённой радиации к общему количеству радиации, падающей на данную поверхность, называется альбедо поверхности. Это отношение выражается в процентах. Для яркого белого снега альбедо составляет 80-90%, а для тёмной пашни — 5-10%. Интересно, что в высоких широтах во время полярного дня на земную поверхность приходится больше солнечной радиации, чем в это же время на экваторе. Однако из-за того, что большая часть солнечных лучей отражается белым снегом, полярные области нагреваются очень слабо.
