Солнечная радиация и её спектральный состав

Солнечная радиация – это электромагнитное излучение, испускаемое Солнцем. Её спектральный состав – это распределение энергии по различным длинам волн. Он не является постоянным и зависит от различных факторов, включая активность Солнца и состояние атмосферы Земли.

Спектральный состав внеземной солнечной радиации:

Вне земной атмосферы спектр солнечной радиации приближается к спектру абсолютно чёрного тела с температурой около 5778 К (эффективная температура Солнца). Он имеет максимум в видимом диапазоне (около 500 нм – жёлто-зелёный цвет), но охватывает широкий диапазон длин волн:

Ультрафиолетовое (УФ) излучение (λ < 400 нм): Составляет около 7-10% от общей энергии. Разделяется на три диапазона: UVA (315-400 нм), UVB (280-315 нм) и UVC (100-280 нм). UVC почти полностью поглощается озоновым слоем. УФ-излучение оказывает биологическое воздействие на живые организмы.

Видимое излучение (400 нм < λ < 700 нм): Составляет около 40-50% от общей энергии. Это излучение обеспечивает освещённость и фотосинтез. Глаз человека наиболее чувствителен к жёлто-зелёной части спектра.

Инфракрасное (ИК) излучение (λ > 700 нм): Составляет около 40-50% от общей энергии. ИК-излучение ощущается как тепло.

Изменения внеземного спектра:

Спектральный состав внеземной солнечной радиации подвержен изменениям в связи с:

Солнечной активностью: Изменения в солнечной активности (солнечные пятна, вспышки) влияют на интенсивность излучения в различных диапазонах, в основном в УФ-диапазоне.

Вращением Солнца: Неоднородность солнечной поверхности приводит к небольшим вариациям интенсивности излучения в зависимости от угла наблюдения.

Влияние атмосферы Земли:

Атмосфера Земли значительно изменяет спектральный состав солнечной радиации:

Поглощение: Определённые газы в атмосфере (озон, водяной пар, углекислый газ) поглощают излучение в определённых диапазонах длин волн. Например, озон поглощает большую часть UVC-излучения.

Рассеяние: Рассеяние солнечного излучения в атмосфере приводит к диффузному излучению, которое определяет освещённость в тени. Рассеяние зависит от длины волны и состава атмосферы. Рассеяние Rayleigh (молекулярное рассеяние) сильнее в синей части спектра, что объясняет голубой цвет неба.

Прямая радиация: Часть солнечного излучения проходит через атмосферу без значительного поглощения или рассеяния и образует прямую радиацию.

Измерение солнечной радиации:

Спектральный состав солнечной радиации измеряется с помощью спектрометров. Эти приборы позволяют измерять интенсивность излучения в широком диапазоне длин волн. Данные измерений используются в различных научных и прикладных целях, включая климатологию, солнечную энергетику и космическую физику.

Понимание спектрального состава солнечной радиации важно для многих приложений, включая солнечную энергетику, сельское хозяйство, климатологию и исследование биологического воздействия солнечного излучения.