Природа и спектральный состав солнечной радиации

Солнечная радиация, или излучение, относится к электромагнитной радиации. Частным случаем ее является видимый свет. К ней относятся также и невоспринимаемые глазом гамма-лучи, рентгеновы, ультрафиолетовые, инфракрасные лучи, радиоволны. Радиация распространяется по всем направлениям от источника в виде электромагнитных волн (периодические изменения электрических и магнитных сил) со скоростью, близкой к 300000 км/сек. Все тела, имеющие температуру выше абсолютного нуля, испускают электромагнитнуюрадиацию при перестройке электронных оболочек их атомов и молекул, при колебании атомных ядер, и во вращении молекул.

Наша планета получает радиацию от Солнца, температура поверхности которого достигает 6000°С. Расход лучистой энергии Солнца постоянно пополняется благодаря термоядерной реакции преобразования водорода в гелий, происходящей в глубинах Солнца, при очень высоких температурах (10 – 15 млн °С). Земная поверхность и атмосфера, нагреваясь от солнца, сами излучают радиацию, но в других диапазонах спектра длин волн.

Рассмотрим спектральный состав солнечной радиации. Длины волн температурной радиации удобно выражать в микронах (мк) – миллионная доля метра. Принято выделять коротковолновую и длинноволновую радиацию.

Коротковолновой называют радиацию в диапазоне длин волн от 0,1 до 4 мк. На этот диапазон приходится 99 % всей энергии солнечной радиации. К длинноволновой относят радиацию, излучаемую земной поверхностью и атмосферой с длинами волн от 4 до 120 мк.

Часть потока коротковолновой радиации солнца с длинами волн менее 0,4 мк называется ультрафиолетовой.С ней поступает 7 % солнечной энергии. Она невидима, – не воспринимается глазом.

Коротковолновая радиация с длинами волн от 0,40 до 0,75 мк – это видимый свет, воспринимаемый глазом. В этом диапазоне заключается примерно половина всей солнечной лучистой энергии(46 %). На промежуточные длины волн рассматриваемого диапазона (между 0,40 и 0,75 мк) приходится свет всех цветов радуги (фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый, красный).

Солнечная радиация с длинами волн от 0,75 до нескольких микрон называется инфракрасной. Она, как и ультрафиолетовая, невидима. На инфракрасные лучиприходится 47 % поступающей к земной поверхности энергии солнца. Еще раз напомним, что 99 % всей энергии солнечной радиации на границе атмосферы заключается между длинами волн 0.17 и 4.0 мк.

Тело, испускающее радиацию, охлаждается. Если же радиация падает на другое тело, то оно нагревается. Напомним из курса физики, что энергетическая светимость телачисленно равна энергии, излучаемой телом во всем диапазоне длин волн с единицы поверхности тела, в единицу времени, при абсолютной температуре Т.

Излучательная способность тела равна отношению энергетической светимости тела, приходящейся на узкий диапазон длин волн, к величине этого диапазона. Поглощательная способность тела, равна отношению элементарных потоков поглощенного и падающего на тело излучения. Излучательная и поглощательная способности тел зависят от температуры тел и от длины волны излучения.

К температурной радиации относятся известные из физики законы излучения Кирхгофа, Стефана – Больцмана, Планка, Вина.

Закон Кирхгофа утверждает, что отношение излучательнойспособности тел к их поглощательной способности не зависит от природы излучающего тела. Оно равно излучательной способности абсолютно чёрного тела (т.к. его поглощательная способность равна 1) и зависит от длины волны излучения и абсолютной температуры.

В соответствии с законом Стефана – Больцмана энергия излучаемой радиации растет пропорционально четвертой степени абсолютной температуры излучателя.

По закону Планка распределение энергии в спектре радиации, т.е. по длинам волн, зависит от температуры излучателя.

В соответствии с законом Вина длина волны, на которую приходится максимум лучистой энергии, обратно пропорциональна абсолютной тем­пературе излучающего тела. Это значит, что с повышением температуры максимум энергии перемещается на все более короткие волны.