СПЕКТРАЛЬНЫЙ СОСТАВ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ

Солнечная радиация.

Лучистая энергия Солнца — практически единственный источ­ник тепла для поверхности Земли и ее атмосферы. Радиация, поступающая от звезд и Луны, в 30-10⁶ раз меньше, чем солнечная радиация. Поток тепла из глубин Земли к поверхности в 5000 раз меньше тепла, получаемого от Солнца.

Часть солнечной радиации представляет собой видимый свет. Тем самым Солнце является для Земли источником не только тепла, но и света, важного для жизни на нашей планете.

Лучистая энергия Солнца превращается в тепло частично в самой атмосфере, но главным образом на земной поверхности, где она идет на нагревание верхних слоев почвы и воды, а от них и воздуха. Нагретая земная поверхность и нагретая атмосфера в свою очередь излучают невидимую инфракрасную радиацию. Отдавая радиацию в мировое пространство, земная поверхность и атмосфера охлаждаются.

СПЕКТРАЛЬНЫЙ СОСТАВ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ

В спектре солнечной радиации на интервал длин волн между 0,1 и 4 мкм приходится 99% всей энергии солнечного излучения. Всего 1% остается на радиацию с меньшими и большими длинами волн, вплоть до рентгеновских лучей и радиоволн.

Видимый свет занимает узкий интервал длин волн, всего от 0,40 до 0,76 мкм. Однако в этом интервале заключается 47% всей солнечной лучистой энергии, т.е. почти половина. На инфракрас­ное излучение приходится 44%, а на ультрафиолетовое — 9% всей лучистой энергии.

Распределение энергии в спектре солнечной радиа­ции до поступления ее в ат­мосферу в настоящее время известно достаточно хоро­шо благодаря измерениям со спутников и ракет. Максимум лучистой энергии в солнечном спект­ре, как и в спектре абсо­лютно черного тела, при­ходится на волны с длинами около 0,475 мкм, т. е. на зелено-голубыелучи види­мой части спектра.

Солнечное лучеиспускание характеризуется величиной солнечной постоянной.

Солнечная постоянная — это то количество тепла солнечной радиа­ции, которое падает на площадь в 1 квадратный сантиметр в 1 минуту на границе земной атмосферы при среднем расстоянии Земли от Солнца, причем эта площадь расположена перпендикулярно к направлению солнечных лучей.

Насколько же постоянна эта вели­чина?

Установлено, что появление пятен на Солнце указывает на увеличение его деятельности. В этом случае естественно ожидать также изменения солнечной постоянной. И вот было найдено, что с увеличением числа солнечных пятен величина солнечной постоянной сначала довольно быстро растет, затем рост уменьшается, достигает максимума при числе пятен 60—100, и в дальнейшем с воз­растанием числа пятен солнечная постоянная уже не увеличивается, а уменьшается.

Объясняется это следующим образом. Увеличение числа солнечных пятен в общем указывает на увеличение деятельности Солнца; таким образом, вполне естественно, что одновременно увеличивается интенсив­ность солнечного излучения.

Однако установлено, что излучательная способность пятен значи­тельно меньше излучения фотосферы — излучающей поверхности Солн­ца, особенно для больших пятен, яркость которых в среднем на 20 про­центов ниже нормальной.

Таким образом, само по себе увеличение площади солнечных пятен не может способствовать увеличению солнечного излучения. Но, по-видимому, рост числа солнечных пятен сопровождается увеличением выноса раскаленных масс из более глубоких слоев на поверхность. Эти массы обладают более высокой температурой, чем и объясняется повышение излучательной способности Солнца.

С другой стороны, наблюдения показывают, что по мере увеличения числа пятен увеличивается и число темных промежутков между гранула­ми¹, из которых состоит фотосфера.

Таким образом, становится понятным, почему при дальнейшем увеличении числа пятен солнечная постоянная начинает умень­шаться.

Увеличение солнечной постоянной сопровождается небольшим повышением температуры для всей Земли, усилением интенсивности общей циркуляции атмосферы, что ведет к увеличению облачности и осадков, также понижением летней температуры в высоких широтах. Таким образом, мы можем считать, что радиация, излучаемая Солн­цем, практически остается постоянной.

От каких же причин она меняется, когда доходит до земной поверх­ности?

Таких причин несколько.

1. Известно, что Земля вращается вокруг Солнца не по кругу, а по эл­липсу. Вследствие этого расстояние между Землей и Солнцем в продол­жение всего года непрерывно меняется. Наименьшее расстояние бывает в январе, когда Земля находится в перигелии, а наибольшее — в июле, при нахождении Земли в афелии¹.

Перигелием называется наименее удаленная от Солнца точка земной о: ты, афелием — наиболее удаленная.

Благодаря этому каждый квадратный сантиметр поверхности, по­ставленной перпендикулярно к солнечным лучам, в январе будет полу­чать солнечной радиации на 7 процентов больше, чем в июле.

2. В зависимости от высоты Солнца над горизонтом длина пути солнечного луча в атмосфере меняется очень значительно. Чем ниже Солнце над горизонтом, тем меньше солнечной радиации должно доходить до земной поверхности. Зная рассеивающие и поглощающие свойства так называемой идеальной атмосферы, то есть абсолютно чистой и сухой, можно рассчитать, какова была бы в этом случае радиация у земной поверхности, и сравнить с ней радиацию, наблюдаемую в естественных условиях.

Такое сопоставление сделано в табл. 1, в которой приведены вели­чины для высот Солнца от 5 до 60 градусов.

Таблица 1

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И НАБЛЮДАЕМЫЕ ВЕЛИЧИНЫСОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ

Выводы:

1. Если бы не было атмосферы, то при любой высоте солнца наблюдали одну и ту же величину.

2. Интенсивность солнечной радиации зависит от угла падения солн.лучей.

3. Ослабление солнечной радиации вызывают также водяной пар и пыль.

Рис. Спектральный состав солнеч­ной радиации при различных высо тах Солнца над горизонтом: 1 — инфракрасная, 2 — видимая, 3 — ультрафиолетовая

Рис. 6. Зависимость напряжения солнечной радиации от угла падения

С уменьшением угла падения солнечных лучей уменьшается количество энергии на единицу площади. Нагрев происходит меньше при сравнении с 90 гр.: при 30 гр. – в 2 раза, при 10 гр. – в 6 раз, при 5 гр. – в 12 раз.

На полюсе высота Солнца сравнительно небольшая: в день летнего солнцестояния составляет 23 гр.30 минут. Но день длиться 24 часа. На экваторе день продолжается 12 часов, высота солнца изменяется от 0 до 90 гр. В результате, в эти сутки и ближайшие полюс получает больше тепла чем экватор. На полюсе большая часть энергии отражается от снега и не учавствует в нагреве, тогда как на экваторе большая часть поглощается почвой растительностью.