Le rayonnement solaire : qu'est-ce que c'est ? Rayonnement solaire total. Rayonnement solaire ou rayonnement ionisant du soleil

Une étoile brillante nous brûle de rayons chauds et nous fait réfléchir à l'importance des radiations dans nos vies, à leurs avantages et à leurs inconvénients. Qu’est-ce que le rayonnement solaire ? Leçon physique scolaire nous invite à commencer par nous familiariser avec la notion de rayonnement électromagnétique en général. Ce terme désigne une autre forme de matière, différente de la substance. Cela inclut à la fois la lumière visible et le spectre qui n’est pas perçu par l’œil. C'est-à-dire les rayons X, les rayons gamma, les ultraviolets et les infrarouges.

Ondes électromagnétiques

En présence d'une source-émetteur de rayonnement, ses ondes électromagnétiques se propagent dans toutes les directions à la vitesse de la lumière. Ces vagues, comme toutes les autres, présentent certaines caractéristiques. Ceux-ci incluent la fréquence et la longueur d’onde des vibrations. Tout corps dont la température diffère du zéro absolu a la propriété d'émettre un rayonnement.

Le soleil est la source de rayonnement principale et la plus puissante à proximité de notre planète. À son tour, la Terre (son atmosphère et sa surface) émet elle-même des rayonnements, mais dans une plage différente. L'observation des conditions de température sur la planète sur de longues périodes a donné lieu à l'hypothèse d'un équilibre entre la quantité de chaleur reçue du Soleil et rejetée dans l'espace.

Rayonnement solaire : composition spectrale

La majorité absolue (environ 99 %) de l'énergie solaire dans le spectre se situe dans la gamme de longueurs d'onde allant de 0,1 à 4 microns. Les 1 % restants sont des rayons de longueurs plus ou moins longues, notamment les ondes radio et les rayons X. Environ la moitié de l'énergie rayonnante du soleil se trouve dans le spectre que nous percevons avec nos yeux, environ 44 % dans le rayonnement infrarouge et 9 % dans le rayonnement ultraviolet. Comment savons-nous comment le rayonnement solaire est divisé ? Le calcul de sa répartition est possible grâce aux études des satellites spatiaux.

Certaines substances peuvent entrer dans un état spécial et émettre un rayonnement supplémentaire dans une gamme de longueurs d'onde différente. Par exemple, il y a une lueur quand basses températures ah, pas typique pour l'émission de lumière par cette substance. Ce type le rayonnement, dit luminescent, ne répond pas aux principes habituels du rayonnement thermique.

Le phénomène de luminescence se produit après qu’une substance absorbe une certaine quantité d’énergie et passe à un autre état (appelé état excité), dont l’énergie est plus élevée qu’à la température de la substance. La luminescence apparaît lors de la transition inverse - d'un état excité à un état familier. Dans la nature, nous pouvons l’observer sous la forme de lueurs du ciel nocturne et d’aurores boréales.

Notre luminaire

L'énergie des rayons du soleil est presque la seule source de chaleur de notre planète. Son propre rayonnement provenant de ses profondeurs vers la surface a une intensité environ 5 000 fois moindre. De plus, la lumière visible est l'un des les facteurs les plus importants la vie sur la planète n’est qu’une partie du rayonnement solaire.

L'énergie des rayons du soleil est convertie en chaleur, une plus petite partie - dans l'atmosphère et une plus grande partie - à la surface de la Terre. Là, il est dépensé pour chauffer l'eau et le sol (couches supérieures), qui dégagent ensuite de la chaleur dans l'air. En se réchauffant, l'atmosphère et la surface terrestre émettent à leur tour des rayons infrarouges dans l'espace, tout en se refroidissant.

Rayonnement solaire : définition

Le rayonnement qui arrive directement à la surface de notre planète depuis le disque solaire est généralement appelé rayonnement solaire direct. Le soleil le diffuse dans toutes les directions. Compte tenu de l'énorme distance entre la Terre et le Soleil, le rayonnement solaire direct en tout point de la surface de la Terre peut être représenté comme un faisceau de rayons parallèles dont la source est presque infinie. Aire perpendiculaire aux rayons lumière du soleil, reçoit ainsi son plus grand montant.

La densité de flux de rayonnement (ou irradiance) est une mesure de la quantité de rayonnement tombant sur une surface spécifique. Il s’agit de la quantité d’énergie rayonnante tombant par unité de temps et par unité de surface. Cette quantité est mesurée - l'irradiance - en W/m2. Notre Terre, comme chacun le sait, tourne autour du Soleil sur une orbite ellipsoïdale. Le soleil est situé à l'un des foyers de cette ellipse. Par conséquent, chaque année, à un certain moment (début janvier), la Terre occupe la position la plus proche du Soleil et à une autre (début juillet) la plus éloignée de lui. Dans ce cas, la quantité d'énergie d'éclairage change en proportion inverse du carré de la distance au luminaire.

Où va le rayonnement solaire qui atteint la Terre ? Ses types sont déterminés par de nombreux facteurs. En fonction de la latitude géographique, humidité, nébulosité, une partie est dispersée dans l'atmosphère, une partie est absorbée, mais la majorité atteint quand même la surface de la planète. Dans ce cas, une petite quantité est réfléchie et la majeure partie est absorbée par la surface de la terre, sous l'influence de laquelle elle est chauffée. Le rayonnement solaire diffusé tombe également partiellement sur la surface de la Terre, y est partiellement absorbé et partiellement réfléchi. Le reste va dans l’espace.

Comment se déroule la distribution ?

Le rayonnement solaire est-il uniforme ? Ses types, après toutes les « pertes » dans l’atmosphère, peuvent différer par leur composition spectrale. Après tout, des rayons de différentes longueurs sont à la fois diffusés et absorbés de différentes manières. En moyenne, l'atmosphère absorbe environ 23 % de sa quantité initiale. Environ 26 % du flux total se transforme en rayonnement diffusé, dont les 2/3 frappent ensuite la Terre. Essentiellement, il s’agit d’un type de rayonnement différent de celui d’origine. Le rayonnement diffusé est envoyé sur Terre non pas par le disque du Soleil, mais par la voûte céleste. Sa composition spectrale est différente.

Absorbe les rayonnements principalement dans le spectre visible de l'ozone, et rayons ultraviolets. Le rayonnement infrarouge est absorbé par le dioxyde de carbone (dioxyde de carbone), qui est d'ailleurs très peu présent dans l'atmosphère.

La diffusion du rayonnement, qui l'affaiblit, se produit pour n'importe quelle longueur d'onde du spectre. Ce faisant, ses particules tombent sous influence électromagnétique, redistribue l'énergie de l'onde incidente dans toutes les directions. Autrement dit, les particules servent de sources ponctuelles d’énergie.

Lumière du jour

En raison de la diffusion, la lumière provenant du soleil change de couleur lorsqu'elle traverse des couches d'atmosphères. Importance pratique diffusion - en créant la lumière du jour. Si la Terre était privée d’atmosphère, l’éclairage n’existerait que là où les rayons directs ou réfléchis du soleil frappent la surface. C'est-à-dire que l'atmosphère est la source d'éclairage pendant la journée. Grâce à lui, il fait jour aussi bien dans les endroits inaccessibles aux rayons directs que lorsque le soleil est caché derrière les nuages. C'est la diffusion qui donne la couleur de l'air - nous voyons le ciel bleu.

De quoi d’autre dépend le rayonnement solaire ? Le facteur de turbidité ne doit pas être négligé. Après tout, le rayonnement est affaibli de deux manières : par l'atmosphère elle-même et la vapeur d'eau, ainsi que diverses impuretés. Le niveau de poussière augmente en été (tout comme la teneur en vapeur d'eau dans l'atmosphère).

Rayonnement total

Il fait référence à la quantité totale de rayonnement tombant sur la surface de la Terre, à la fois direct et diffus. Le rayonnement solaire total diminue par temps nuageux.

C'est pour cette raison qu'en été, le rayonnement total est en moyenne plus élevé avant midi qu'après midi. Et dans la première moitié de l'année - plus que dans la seconde.

Qu'arrive-t-il au rayonnement total à la surface de la Terre ? Lorsqu’elle y arrive, elle est en grande partie absorbée par la couche supérieure du sol ou de l’eau et se transforme en chaleur, tandis qu’une partie est réfléchie. Le degré de réflexion dépend de la nature de la surface terrestre. Un indicateur exprimant le pourcentage du rayonnement solaire réfléchi par rapport à la quantité totale tombant sur la surface est appelé albédo de surface.

La notion de rayonnement intrinsèque de la surface terrestre fait référence au rayonnement à ondes longues émis par la végétation, la couverture neigeuse, les couches supérieures de l'eau et le sol. Le bilan radiatif d’une surface est la différence entre la quantité absorbée et la quantité émise.

Rayonnement efficace

Il a été prouvé que le contre-rayonnement est presque toujours inférieur au rayonnement terrestre. De ce fait, la surface de la Terre subit des pertes de chaleur. La différence entre les valeurs du rayonnement propre de la surface et le rayonnement atmosphérique est appelée rayonnement effectif. Il s’agit en réalité d’une perte nette d’énergie et, par conséquent, de chaleur la nuit.

Il existe également en journée. Mais pendant la journée, il est partiellement compensé, voire couvert, par le rayonnement absorbé. La surface de la Terre est donc plus chaude le jour que la nuit.

À propos de la répartition géographique des rayonnements

Le rayonnement solaire sur Terre est inégalement réparti tout au long de l’année. Sa distribution est de nature zonale et les isolignes (points de connexion de valeurs égales) du flux de rayonnement ne sont pas du tout identiques aux cercles latitudinaux. Cet écart est dû aux différents niveaux de nébulosité et de transparence atmosphérique dans différentes régions du globe.

Le rayonnement solaire total tout au long de l'année est plus élevé dans les déserts subtropicaux avec une atmosphère partiellement nuageuse. C'est beaucoup moins dans les zones forestières ceinture équatoriale. La raison en est une nébulosité accrue. Vers les deux pôles, cet indicateur diminue. Mais dans la région des pôles, il augmente à nouveau - dans l'hémisphère nord, il est moindre, dans la région de l'Antarctique enneigé et partiellement nuageux - davantage. À la surface des océans, le rayonnement solaire est en moyenne inférieur à celui des continents.

Presque partout sur Terre, la surface présente un bilan radiatif positif, c'est-à-dire que, dans le même temps, l'afflux de rayonnement est supérieur au rayonnement effectif. Les exceptions sont les régions de l'Antarctique et du Groenland avec leurs plateaux de glace.

Sommes-nous confrontés au réchauffement climatique ?

Mais ce qui précède ne signifie pas un réchauffement annuel de la surface de la Terre. L'excès de rayonnement absorbé est compensé par des fuites de chaleur de la surface vers l'atmosphère, qui se produisent lorsque la phase de l'eau change (évaporation, condensation sous forme de nuages).

Ainsi, l’équilibre radiatif en tant que tel n’existe pas à la surface de la Terre. Mais il existe un équilibre thermique : l’apport et la perte de chaleur sont équilibrés de différentes manières, y compris par rayonnement.

Répartition du solde de la carte

Aux mêmes latitudes du globe, le bilan radiatif est plus élevé à la surface de l’océan qu’au-dessus des terres. Cela peut s'expliquer par le fait que la couche qui absorbe le rayonnement dans les océans est plus épaisse, alors que dans le même temps, le rayonnement effectif y est moindre en raison de la froideur de la surface de la mer par rapport à celle de la terre ferme.

Des fluctuations importantes de l'amplitude de sa répartition sont observées dans les déserts. Le bilan y est plus faible en raison du rayonnement efficace élevé dans l'air sec et dans des conditions de nuages ​​bas. Elle est dans une moindre mesure réduite dans les zones climat de mousson. Pendant la saison chaude, la nébulosité y est accrue et le rayonnement solaire absorbé est moindre que dans d'autres régions de la même latitude.

Bien entendu, le principal facteur dont dépend le rayonnement solaire annuel moyen est la latitude d'une zone particulière. Des « portions » record de rayonnement ultraviolet sont dirigées vers les pays situés à proximité de l’équateur. Il s'agit de l'Afrique du Nord-Est, de sa côte orientale, de la péninsule arabique, du nord et de l'ouest de l'Australie, d'une partie des îles d'Indonésie et de la côte ouest de l'Amérique du Sud.

En Europe, la plus grande dose de lumière et de rayonnement est reçue par la Turquie, le sud de l'Espagne, la Sicile, la Sardaigne, les îles grecques et les côtes françaises ( Partie sud), ainsi que certaines parties de l'Italie, de Chypre et de la Crète.

Et nous ?

Le rayonnement solaire total en Russie est réparti, à première vue, de manière inattendue. Sur le territoire de notre pays, curieusement, ce ne sont pas les stations balnéaires de la mer Noire qui détiennent la palme. Les plus fortes doses radiation solaire se produisent dans les territoires frontaliers de la Chine et de Severnaya Zemlya. En général, le rayonnement solaire en Russie n'est pas particulièrement intense, ce qui s'explique pleinement par notre nord localisation géographique. La quantité minimale d'ensoleillement va à la région du nord-ouest - Saint-Pétersbourg, ainsi qu'à ses environs.

Le rayonnement solaire en Russie est inférieur à celui de l’Ukraine. Là, la plupart des rayons ultraviolets sont dirigés vers la Crimée et les territoires situés au-delà du Danube, suivis en deuxième position par les Carpates et les régions du sud de l'Ukraine.

Le rayonnement solaire total (cela inclut à la fois direct et diffus) tombant sur une surface horizontale est indiqué mois par mois dans des tableaux spécialement élaborés pour différents territoires et est mesuré en MJ/m2. Par exemple, le rayonnement solaire à Moscou varie de 31 à 58 mois d'hiver jusqu'à 568-615 en été.

À propos de l’insolation solaire

Insolation ou volume rayonnement utile l’incident sur une surface ensoleillée varie considérablement d’un lieu géographique à l’autre. L'ensoleillement annuel est calculé pour un mètre carré en mégawatts. Par exemple, à Moscou, cette valeur est de 1,01, à Arkhangelsk - 0,85, à Astrakhan - 1,38 MW.

Lors de sa détermination, il est nécessaire de prendre en compte des facteurs tels que la période de l'année (en hiver, l'éclairage et la durée du jour sont plus faibles), la nature du terrain (les montagnes peuvent bloquer le soleil), les caractéristiques d'une zone donnée. météo- brouillard, pluies fréquentes et la nébulosité. Le plan de réception de la lumière peut être orienté verticalement, horizontalement ou obliquement. L'ampleur de l'ensoleillement, ainsi que la répartition du rayonnement solaire en Russie, sont des données regroupées dans un tableau par ville et région, indiquant la latitude géographique.

Le rayonnement solaire est un rayonnement caractéristique de l'étoile de notre système planétaire. Soleil - étoile principale, autour duquel gravitent la Terre et les planètes voisines. En fait, il s’agit d’une énorme boule de gaz chaude, émettant constamment des flux d’énergie dans l’espace qui l’entoure. C'est ce qu'on appelle le rayonnement. Mortel, cette énergie est en même temps l'un des principaux facteurs qui rendent vie possible sur notre planète. Comme toute chose dans ce monde, les avantages et les inconvénients du rayonnement solaire pour la vie organique sont étroitement liés.

Aperçu général

Pour comprendre ce qu’est le rayonnement solaire, il faut d’abord comprendre ce qu’est le Soleil. La principale source de chaleur qui assure les conditions de l'existence organique sur notre planète, dans les étendues universelles, n'est qu'une petite étoile à la périphérie galactique. voie Lactée. Mais pour les Terriens, le Soleil est le centre du mini-univers. Après tout, c’est autour de cet amas de gaz que notre planète tourne. Le soleil nous apporte chaleur et lumière, c’est-à-dire qu’il nous fournit des formes d’énergie sans lesquelles notre existence serait impossible.

Dans les temps anciens, la source du rayonnement solaire - le Soleil - était une divinité, un objet digne d'adoration. La trajectoire solaire à travers le ciel semblait aux gens une preuve évidente de la volonté de Dieu. Des tentatives pour comprendre l'essence du phénomène, pour expliquer ce qu'est cette étoile, ont été faites depuis longtemps, et Copernic y a apporté une contribution particulièrement significative, formant l'idée d'héliocentrisme, qui était remarquablement différente de l'idée généralement acceptée. géocentrisme de cette époque. Cependant, il est certain que même dans les temps anciens, les scientifiques ont réfléchi à plusieurs reprises à ce qu'est le Soleil, pourquoi il est si important pour toute forme de vie sur notre planète, pourquoi le mouvement de cet astre est exactement comme nous le voyons. il.

Les progrès de la technologie ont permis de mieux comprendre ce qu'est le Soleil, quels processus se produisent à l'intérieur de l'étoile, à sa surface. Les scientifiques ont appris ce qu’est le rayonnement solaire et comment un objet gazeux affecte les planètes dans sa zone d’influence, en particulier le climat terrestre. L'humanité dispose désormais d'une base de connaissances suffisamment volumineuse pour dire avec certitude : il a été possible de découvrir ce qu'est le rayonnement émis par le Soleil dans son essence, comment mesurer ce flux d'énergie et comment formuler les caractéristiques de son impact sur diverses formes. de la vie organique sur Terre.

À propos des conditions

L'étape la plus importante dans la maîtrise de l'essence du concept a été franchie au siècle dernier. C'est alors que l'éminent astronome A. Eddington formule une hypothèse : la fusion thermonucléaire se produit dans les profondeurs solaires, ce qui permet la libération de un nombre énormeénergie émise dans l’espace autour de l’étoile. En essayant d'estimer l'ampleur du rayonnement solaire, des efforts ont été déployés pour déterminer les paramètres réels de l'environnement sur le luminaire. Ainsi, la température du noyau, selon les scientifiques, atteint 15 millions de degrés. Cela suffit pour faire face à l’influence répulsive mutuelle des protons. La collision d'unités conduit à la formation de noyaux d'hélium.

De nouvelles informations ont attiré l'attention de nombreux scientifiques éminents, dont A. Einstein. En tentant d'estimer la quantité de rayonnement solaire, les scientifiques ont découvert que la masse des noyaux d'hélium est inférieure à la valeur totale de 4 protons nécessaires à la formation. nouvelle structure. C'est ainsi qu'a été identifiée une caractéristique des réactions, appelée « défaut de masse ». Mais dans la nature, rien ne peut disparaître sans laisser de trace ! Pour tenter de retrouver les valeurs « échappées », les scientifiques ont comparé la guérison énergétique et la spécificité des changements de masse. C’est alors qu’il a été possible de révéler que la différence était émise par les rayons gamma.

Les objets émis se frayent un chemin depuis le noyau de notre étoile jusqu'à sa surface à travers de nombreuses couches atmosphériques gazeuses, ce qui conduit à la fragmentation des éléments et à la formation de un rayonnement électromagnétique. Parmi les autres types de rayonnement solaire, il y a la lumière perçue par l’œil humain. Des estimations approximatives suggèrent que le processus de passage des rayons gamma prend environ 10 millions d'années. Huit minutes supplémentaires - et l'énergie émise atteint la surface de notre planète.

Comment et quoi ?

Le rayonnement solaire est l'ensemble du rayonnement électromagnétique, dont la portée est assez large. Cela inclut ce qu'on appelle le vent solaire, c'est-à-dire un flux d'énergie formé d'électrons, particules légères. A la couche limite de l'atmosphère de notre planète, la même intensité du rayonnement solaire est constamment observée. L'énergie d'une étoile est discrète, son transfert s'effectue à travers des quanta, tandis que la nuance corpusculaire est si insignifiante que les rayons peuvent être considérés comme ondes électromagnétiques. Et leur répartition, comme l'ont découvert les physiciens, se produit de manière uniforme et en ligne droite. Ainsi, pour décrire le rayonnement solaire, il est nécessaire de déterminer sa longueur d’onde caractéristique. A partir de ce paramètre, il est d'usage de distinguer plusieurs types de rayonnements :

Le rapport infrarouge, visible et ultraviolet est mieux estimé comme suit : 52 %, 43 %, 5 %.

Pour une évaluation quantitative du rayonnement, il est nécessaire de calculer la densité de flux énergétique, c'est-à-dire la quantité d'énergie qui atteint une zone limitée de la surface au cours d'une période de temps donnée.

Des recherches ont montré que le rayonnement solaire est principalement absorbé par l'atmosphère planétaire. Grâce à cela, le chauffage se produit à une température confortable pour la vie organique caractéristique de la Terre. La coquille d’ozone existante ne laisse passer qu’un centième rayonnement ultraviolet. Dans ce cas, les ondes courtes dangereuses pour les êtres vivants sont complètement bloquées. Les couches atmosphériques sont capables de diffuser près d'un tiers des rayons du Soleil et 20 % supplémentaires sont absorbés. Par conséquent, pas plus de la moitié de l’énergie totale atteint la surface de la planète. C’est ce « résidu » que la science appelle le rayonnement solaire direct.

Que diriez-vous de plus de détails ?

Plusieurs aspects déterminent l’intensité du rayonnement direct. Les plus significatifs sont l'angle d'incidence en fonction de la latitude ( caractéristiques géographiques terrain sur globe), la période de l'année qui détermine la distance entre un point spécifique et la source de rayonnement. Tout dépend des caractéristiques de l'atmosphère : son degré de pollution, sa quantité moment donné des nuages Enfin, la nature de la surface sur laquelle tombe le faisceau joue un rôle, à savoir sa capacité à réfléchir les ondes entrantes.

Le rayonnement solaire total est une quantité qui combine les volumes diffusés et le rayonnement direct. Le paramètre utilisé pour évaluer l’intensité est estimé en calories par unité de surface. Dans le même temps, n'oubliez pas qu'à différents moments de la journée, les valeurs caractéristiques du rayonnement diffèrent. De plus, l’énergie ne peut pas être répartie uniformément sur la surface de la planète. Plus on est proche du pôle, plus l'intensité est élevée, tandis que la couverture neigeuse est très réfléchissante, ce qui signifie que l'air n'a pas la possibilité de se réchauffer. Par conséquent, plus on s’éloigne de l’équateur, plus le rayonnement total des ondes solaires sera faible.

Comme les scientifiques l'ont découvert, l'énergie du rayonnement solaire a un impact sérieux sur le climat planétaire et subjugue l'activité vitale de divers organismes existant sur Terre. Dans notre pays, ainsi que sur le territoire de nos voisins les plus proches, ainsi que dans d'autres pays situés dans l'hémisphère nord, en hiver, la part prédominante appartient au rayonnement diffusé, mais en été, le rayonnement direct domine.

Ondes infrarouges

Sur la quantité totale de rayonnement solaire, un pourcentage impressionnant appartient au spectre infrarouge, qui n'est pas perçu par l'œil humain. En raison de ces vagues, la surface de la planète se réchauffe, transférant progressivement de l'énergie thermique masses d'air. Cela aide à maintenir un climat confortable et à maintenir les conditions nécessaires à l’existence de la vie organique. Si aucune perturbation grave ne se produit, le climat reste relativement inchangé, ce qui signifie que toutes les créatures peuvent vivre dans leurs conditions habituelles.

Notre étoile n’est pas la seule source d’ondes infrarouges. Un rayonnement similaire est caractéristique de tout objet chauffé, y compris une batterie ordinaire dans une maison humaine. C'est sur le principe de la perception rayonnement infrarouge De nombreux appareils fonctionnent qui permettent de voir des corps chauffés dans l'obscurité ou dans d'autres conditions inconfortables pour les yeux. À propos, les appareils compacts qui sont devenus si populaires récemment fonctionnent selon un principe similaire pour évaluer par quelles zones du bâtiment se produisent les plus grandes pertes de chaleur. Ces mécanismes sont particulièrement répandus chez les constructeurs ainsi que chez les propriétaires de maisons privées, car ils permettent d'identifier par quelles zones la chaleur se perd, d'organiser leur protection et d'éviter une consommation d'énergie inutile.

Ne sous-estimez pas l’influence du rayonnement solaire dans le spectre infrarouge sur le corps humain simplement parce que nos yeux ne peuvent pas percevoir de telles ondes. En particulier, les rayonnements sont activement utilisés en médecine, car ils permettent d'augmenter la concentration de leucocytes dans système circulatoire, et normalise également le flux sanguin en augmentant la lumière des vaisseaux sanguins. Les appareils basés sur le spectre IR sont utilisés comme prophylactiques contre les pathologies cutanées, thérapeutiques contre les processus inflammatoires sous formes aiguës et chroniques. Les médicaments les plus modernes aident à faire face aux cicatrices colloïdes et aux plaies trophiques.

C'est intéressant

Sur la base de l'étude des facteurs de rayonnement solaire, il a été possible de créer des dispositifs véritablement uniques appelés thermographes. Ils permettent de détecter en temps opportun diverses maladies qui ne peuvent être détectées par d'autres moyens. C’est ainsi que l’on peut détecter un cancer ou un caillot sanguin. L'IR protège dans une certaine mesure des rayonnements ultraviolets, dangereux pour la vie organique, ce qui a permis d'utiliser des ondes de ce spectre pour restaurer la santé des astronautes restés longtemps dans l'espace.

La nature qui nous entoure est encore mystérieuse à ce jour, cela s'applique également aux rayonnements de différentes longueurs d'onde. En particulier, la lumière infrarouge n’a pas encore été étudiée de manière approfondie. Les scientifiques savent que son utilisation inappropriée peut nuire à la santé. Ainsi, il est inacceptable d'utiliser un équipement générant une telle lumière pour le traitement des zones enflammées purulentes, des saignements et Néoplasmes malins. Le spectre infrarouge est contre-indiqué pour les personnes souffrant de dysfonctionnement du cœur et des vaisseaux sanguins, y compris ceux situés dans le cerveau.

Lumière visible

L’un des éléments du rayonnement solaire total est la lumière visible à l’œil humain. Les faisceaux d’ondes se déplacent en lignes droites, de sorte qu’ils ne se chevauchent pas. À une certaine époque, cela est devenu le sujet d'un nombre considérable de travaux scientifiques : les scientifiques cherchaient à comprendre pourquoi il y a tant de nuances autour de nous. Il s'est avéré que les paramètres clés de la lumière jouent un rôle :

  • réfraction;
  • réflexion;
  • absorption.

Comme les scientifiques l'ont découvert, les objets ne sont pas capables d'être des sources d'énergie. lumière visible, mais peut absorber le rayonnement et le réfléchir. Les angles de réflexion et les fréquences des ondes varient. Au fil des siècles, la capacité de voir d'une personne s'est progressivement améliorée, mais certaines limitations sont dues à la structure biologique de l'œil : la rétine est telle qu'elle ne peut percevoir que certains rayons d'ondes lumineuses réfléchies. Ce rayonnement constitue un petit écart entre les ondes ultraviolettes et infrarouges.

De nombreuses caractéristiques curieuses et mystérieuses de la lumière sont non seulement devenues le sujet de nombreuses œuvres, mais ont également servi de base à l'émergence d'une nouvelle discipline physique. Dans le même temps, des pratiques et des théories non scientifiques sont apparues, dont les adeptes croient que la couleur peut influencer état physique personne, psychisme. Sur la base de telles hypothèses, les gens s’entourent des objets les plus agréables à leurs yeux, rendant ainsi la vie quotidienne plus confortable.

Ultra-violet

Un aspect tout aussi important du rayonnement solaire total est le rayonnement ultraviolet, formé d’ondes de grande, moyenne et courte longueur. Ils diffèrent les uns des autres à la fois par leurs paramètres physiques et par les caractéristiques de leur influence sur les formes de vie organique. Les longues ondes ultraviolettes, par exemple, sont principalement dispersées dans les couches atmosphériques et seul un faible pourcentage atteint la surface de la Terre. Plus la longueur d’onde est courte, plus ce rayonnement peut pénétrer profondément dans la peau humaine (et pas seulement).

D’une part, le rayonnement ultraviolet est dangereux, mais sans lui, l’existence d’une vie organique diversifiée est impossible. Un tel rayonnement est responsable de la formation de calciférol dans l’organisme, et cet élément est nécessaire à la construction le tissu osseux. Le spectre UV constitue une puissante prévention du rachitisme et de l'ostéochondrose, ce qui est particulièrement important dans enfance. De plus, ces rayonnements :

  • normalise le métabolisme;
  • active la production d'enzymes essentielles;
  • améliore les processus de régénération;
  • stimule la circulation sanguine;
  • dilate les vaisseaux sanguins;
  • stimule le système immunitaire;
  • conduit à la formation d'endorphine, ce qui signifie que la surexcitation nerveuse diminue.

mais d'autre part

Il a été indiqué ci-dessus que le rayonnement solaire total correspond à la quantité de rayonnement qui atteint la surface de la planète et est dispersée dans l’atmosphère. En conséquence, l'élément de ce volume est ultraviolet de toutes longueurs. Il ne faut pas oublier que ce facteur a à la fois un effet positif et côtés négatifs influence sur la vie organique. Les bains de soleil, bien que souvent bénéfiques, peuvent être source de risques pour la santé. Une exposition excessive à la lumière directe du soleil, en particulier dans des conditions d'activité solaire accrue, est nocive et dangereuse. Les effets à long terme sur le corps, ainsi qu'une activité radiologique trop élevée, provoquent :

  • brûlures, rougeurs;
  • gonflement;
  • hyperémie;
  • chaleur;
  • nausée;
  • vomissement.

Une irradiation ultraviolette prolongée provoque des troubles de l'appétit, du fonctionnement du système nerveux central, système immunitaire. En plus, j’ai mal à la tête. Les symptômes décrits sont des manifestations classiques de l’insolation. La personne elle-même ne peut pas toujours réaliser ce qui se passe - la condition s'aggrave progressivement. S’il apparaît qu’une personne à proximité se sent malade, les premiers soins doivent être prodigués. Le schéma est le suivant :

  • aider à passer de la lumière directe à un endroit frais et ombragé ;
  • placez le patient sur le dos de manière à ce que ses jambes soient plus hautes que sa tête (cela aidera à normaliser le flux sanguin) ;
  • rafraîchissez votre cou et votre visage avec de l'eau et appliquez une compresse froide sur votre front ;
  • détachez votre cravate, votre ceinture, enlevez vos vêtements serrés ;
  • une demi-heure après l'attaque, faire boire de l'eau fraîche (en petite quantité).

Si la victime perd connaissance, il est important de demander immédiatement l'aide d'un médecin. L'équipe d'ambulance transportera la personne en lieu sûr et lui fera une injection de glucose ou de vitamine C. Le médicament est administré dans une veine.

Comment bronzer correctement ?

Afin de ne pas apprendre de votre propre expérience à quel point la quantité excessive de rayonnement solaire reçue par le bronzage peut être désagréable, il est important de suivre les règles pour passer du temps au soleil en toute sécurité. La lumière ultraviolette initie la production de mélanine, une hormone qui aide la peau à se protéger influence négative vagues Sous l'influence de cette substance, la peau devient plus foncée et la teinte devient bronze. À ce jour, le débat se poursuit sur ses bienfaits et ses effets nocifs pour l’homme.

D'une part, le bronzage est une tentative du corps de se protéger d'une exposition excessive aux radiations. Cela augmente le risque de formation de néoplasmes malins. D’un autre côté, le bronzage est considéré comme à la mode et beau. Pour minimiser les risques pour vous-même, il est sage, avant de commencer les procédures à la plage, de comprendre pourquoi la quantité de rayonnement solaire reçue pendant les bains de soleil est dangereuse et comment minimiser les risques pour vous-même. Pour rendre l’expérience aussi agréable que possible, les baigneurs doivent :

  • boire beaucoup d'eau;
  • utiliser des produits protecteurs pour la peau ;
  • bronzer le soir ou le matin;
  • ne passez pas plus d'une heure à la lumière directe du soleil ;
  • Ne buvez pas d'alcool;
  • incluez des aliments riches en sélénium, en tocophérol et en tyrosine dans le menu. N'oubliez pas le bêta-carotène.

L'importance du rayonnement solaire pour le corps humain est extrêmement grande ; il ne faut pas négliger ses aspects positifs et négatifs. Il faut savoir que différentes personnes ont des réactions biochimiques avec des caractéristiques individuelles, donc pour certaines, une demi-heure de bronzage peut être dangereuse. Raisonnable avant saison des plages consulter un médecin, évaluer le type et l'état de la peau. Cela aidera à prévenir les dommages à la santé.

Si possible, vous devez éviter de bronzer à un âge avancé, pendant la période où vous portez un bébé. Non compatible avec bain de soleil cancer, troubles mentaux, pathologies cutanées et dysfonctionnement cardiaque.

Rayonnement total : où est la pénurie ?

Le processus de répartition du rayonnement solaire est assez intéressant à considérer. Comme mentionné ci-dessus, seulement environ la moitié de toutes les vagues peuvent atteindre la surface de la planète. Où va le reste ? Les différentes couches de l’atmosphère et les particules microscopiques à partir desquelles elles sont formées jouent un rôle. Une partie impressionnante, comme indiqué, est absorbée couche d'ozone- ce sont toutes des ondes dont la longueur est inférieure à 0,36 micron. De plus, l’ozone est capable d’absorber certains types d’ondes du spectre visible à l’œil humain, c’est-à-dire la plage de 0,44 à 1,18 microns.

La lumière ultraviolette est absorbée dans une certaine mesure par la couche d'oxygène. Ceci est typique pour un rayonnement d'une longueur d'onde de 0,13 à 0,24 microns. Le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau peuvent absorber un petit pourcentage du spectre infrarouge. L'aérosol atmosphérique absorbe une partie (spectre IR) de la quantité totale de rayonnement solaire.

Les ondes de la catégorie courte sont dispersées dans l'atmosphère en raison de la présence de particules microscopiques inhomogènes, d'aérosols et de nuages. Les éléments inhomogènes, les particules dont les dimensions sont inférieures à la longueur d'onde, provoquent une diffusion moléculaire, et les plus grandes sont caractérisées par le phénomène décrit par l'indicatrice, c'est-à-dire l'aérosol.

La quantité restante de rayonnement solaire atteint la surface de la Terre. Il combine rayonnement direct et rayonnement diffusé.

Rayonnement total : aspects importants

La valeur totale est la quantité de rayonnement solaire reçue par le territoire et absorbée dans l'atmosphère. S'il n'y a pas de nuages ​​dans le ciel, la quantité totale de rayonnement dépend de la latitude de la zone, de l'altitude du corps céleste, du type de surface terrestre dans cette zone et du niveau de transparence de l'air. Plus il y a de particules d’aérosol dispersées dans l’atmosphère, plus le rayonnement direct est faible, mais la proportion de rayonnement diffusé augmente. Normalement, en l’absence de nuages, le rayonnement diffusé représente un quart du rayonnement total.

Notre pays appartient donc à ceux du nord la plupart année dans régions du sud le rayonnement est nettement plus important que dans les régions du nord. Cela est dû à la position de l’étoile dans le ciel. Mais la courte période de mai à juillet est une période unique où, même dans le nord, le rayonnement total est assez impressionnant, car le soleil est haut dans le ciel et la durée du jour est plus longue que pendant les autres mois de l'année. année. De plus, en moyenne, dans la moitié asiatique du pays, en l’absence de nuages, le rayonnement total est plus important qu’à l’ouest. La force maximale du rayonnement des vagues se produit à midi et le maximum annuel se produit en juin, lorsque le soleil est le plus haut dans le ciel.

Le rayonnement solaire total correspond à la quantité d’énergie solaire qui atteint notre planète. Il ne faut pas oublier que divers facteurs atmosphériques font que la quantité annuelle de rayonnement total est inférieure à ce qu'elle pourrait être. Le plus une grosse différence entre ce qui est réellement observé et le maximum possible est typique des régions d'Extrême-Orient en période estivale. Les moussons provoquent des nuages ​​extrêmement denses, de sorte que le rayonnement total est réduit d'environ la moitié.

Curieux de savoir

Le plus grand pourcentage d'exposition maximale possible à l'énergie solaire est effectivement observé (par 12 mois) dans le sud du pays. Ce chiffre atteint 80 %.

La nébulosité n’entraîne pas toujours la même quantité de diffusion du rayonnement solaire. La forme des nuages ​​et les caractéristiques du disque solaire à un moment donné jouent un rôle. S'il est ouvert, la nébulosité provoque une diminution du rayonnement direct, tandis que le rayonnement diffusé augmente fortement.

Il peut également y avoir des jours où le rayonnement direct a à peu près la même intensité que le rayonnement diffusé. La valeur totale quotidienne peut être même supérieure à la caractéristique de rayonnement d'une journée totalement sans nuages.

Pendant 12 mois, une attention particulière doit être portée à phénomènes astronomiques comme déterminant des indicateurs numériques généraux. Dans le même temps, la nébulosité conduit au fait que le maximum de rayonnement peut en réalité être observé non pas en juin, mais un mois plus tôt ou plus tard.

Rayonnement dans l'espace

Depuis les limites de la magnétosphère de notre planète et plus loin dans l'espace, le rayonnement solaire devient un facteur associé à un danger mortel pour l'homme. En 1964 déjà, un important ouvrage scientifique de vulgarisation sur les méthodes de protection a été publié. Ses auteurs étaient les scientifiques soviétiques Kamanin et Bubnov. On sait que pour une personne, la dose de rayonnement par semaine ne devrait pas dépasser 0,3 roentgens, tandis que pour un an - dans les 15 R. Pour une exposition à court terme, la limite pour une personne est de 600 R. Vols dans l'espace, notamment dans des conditions d'activité solaire imprévisible, peut s'accompagner d'une exposition importante des astronautes, ce qui nécessite de prendre mesures supplémentaires protection contre les vagues de différentes longueurs.

Plus d'une décennie s'est écoulée depuis les missions Apollo, au cours desquelles des méthodes de protection ont été testées et des facteurs affectant la santé humaine ont été étudiés, mais à ce jour, les scientifiques ne trouvent pas de méthodes efficaces et fiables pour prédire les tempêtes géomagnétiques. Vous pouvez faire une prévision basée sur des heures, parfois sur plusieurs jours, mais même pour une hypothèse hebdomadaire, les chances de mise en œuvre ne dépassent pas 5 %. Le vent solaire est un phénomène encore plus imprévisible. Avec une probabilité d’une sur trois, les astronautes partant pour une nouvelle mission pourraient se retrouver confrontés à de puissants flux de rayonnement. Cela rend la question de la recherche et de la prévision des caractéristiques des rayonnements ainsi que du développement de méthodes de protection contre ces rayonnements encore plus importante.

Rayonnement à ondes courtes du Soleil

Les rayonnements ultraviolets et X émanent principalement des couches supérieures de la chromosphère et de la couronne. Ceci a été établi en lançant des fusées avec des instruments pendant éclipses solaires. L’atmosphère solaire très chaude émet toujours un rayonnement invisible à ondes courtes, mais il est particulièrement puissant pendant les années d’activité solaire maximale. À l'heure actuelle, le rayonnement ultraviolet augmente environ deux fois et le rayonnement X augmente des dizaines et des centaines de fois par rapport au rayonnement au cours des années de minimum. L'intensité du rayonnement à ondes courtes varie de jour en jour et augmente fortement lorsque des éruptions se produisent.

Les rayons ultraviolets et X ionisent partiellement les couches l'atmosphère terrestre, formant l’ionosphère à des altitudes de 200 à 500 km de la surface de la Terre. L'ionosphère joue un rôle important dans les communications radio longue distance : les ondes radio provenant de l'émetteur radio sont réfléchies à plusieurs reprises par l'ionosphère et la surface de la Terre avant d'atteindre l'antenne du récepteur. L'état de l'ionosphère change en fonction des conditions de son éclairement par le Soleil et des phénomènes qui s'y produisent. Par conséquent, pour assurer une communication radio stable, il est nécessaire de prendre en compte l'heure de la journée, la période de l'année et l'état de l'activité solaire. Après les éruptions solaires les plus puissantes, le nombre d'atomes ionisés dans l'ionosphère augmente et les ondes radio sont partiellement ou totalement absorbées par celle-ci. Cela entraîne une détérioration, voire une interruption temporaire des communications radio.

Les scientifiques accordent une attention particulière à l'étude de la couche d'ozone dans l'atmosphère terrestre. L'ozone se forme à la suite de réactions photochimiques (absorption de la lumière par des molécules d'oxygène) dans la stratosphère et sa majeure partie y est concentrée. Au total, il y a environ 3,10,9 tonnes d'ozone dans l'atmosphère terrestre. C’est très petit : l’épaisseur de la couche d’ozone pur à la surface de la Terre ne dépasserait pas 3 mm ! Mais le rôle de la couche d'ozone, qui s'étend à plusieurs dizaines de kilomètres d'altitude au-dessus de la surface de la Terre, est exceptionnellement important, car elle protège tous les êtres vivants des effets des dangereux rayonnements à ondes courtes (et principalement ultraviolets) du Soleil. . La teneur en ozone n'est pas constante partout différentes latitudes et en des moments différents de l'année. Elle peut diminuer (parfois de manière très significative) à la suite de divers processus. Cela peut être facilité, par exemple, par des émissions dans l'atmosphère grande quantité substances contenant du chlore appauvrissant la couche d'ozone d'origine industrielle ou émissions d'aérosols, ainsi que les émissions accompagnant les éruptions volcaniques. Des zones de forte diminution des niveaux d'ozone (« trous d'ozone ») ont été découvertes dans différentes régions de notre planète, non seulement au-dessus de l'Antarctique et d'un certain nombre d'autres territoires de l'hémisphère sud de la Terre, mais également dans l'hémisphère nord. En 1992, des rapports alarmants ont commencé à apparaître concernant l'appauvrissement temporaire de la couche d'ozone au nord de la Russie européenne et une diminution des niveaux d'ozone au-dessus de Moscou et de Saint-Pétersbourg. Les scientifiques se rendent compte caractère global problèmes, organiser la recherche environnementale à l'échelle planétaire, comprenant, en premier lieu, un système mondial de surveillance continue de l'état de la couche d'ozone. Des accords internationaux ont été élaborés et signés pour protéger la couche d'ozone et limiter la production de substances appauvrissant la couche d'ozone.

Émission radio du Soleil

Les recherches systématiques sur les émissions radio du Soleil n'ont commencé qu'après la Seconde Guerre mondiale, lorsqu'on a découvert que le Soleil était une puissante source d'émission radio. Les ondes radio pénètrent dans l'espace interplanétaire et sont émises par la chromosphère (ondes centimétriques) et la couronne (ondes décimétriques et métriques). Cette émission radio atteint la Terre. L'émission radio du Soleil comporte deux composantes : constante, d'intensité presque inchangée, et variable (rafales, « tempêtes sonores »).

L'émission radio du Soleil tranquille s'explique par le fait que le plasma solaire chaud émet toujours des ondes radio avec vibrations électromagnétiques d'autres longueurs d'onde (émission radio thermique). Lors de grandes éruptions, les émissions radio du Soleil augmentent des milliers, voire des millions de fois, par rapport aux émissions radio du Soleil silencieux. Cette émission radio, générée par des processus non stationnaires rapides, est de nature non thermique.

Rayonnement corpusculaire du Soleil

Un certain nombre de phénomènes géophysiques ( orages magnétiques, c'est à dire. changements à court terme du champ magnétique terrestre, aurores etc.) est également associée à l’activité solaire. Mais ces phénomènes surviennent un jour après les éruptions solaires. Ils ne sont pas causés par un rayonnement électromagnétique, qui atteint la Terre en 8,3 minutes, mais par des corpuscules (protons et électrons formant un plasma raréfié), qui pénètrent dans l'espace proche de la Terre avec un retard (de 1 à 2 jours), puisqu'ils se déplacent. à des vitesses de 400 à 1 000 km/c.

Les corpuscules sont émis par le Soleil même s'il n'y a pas d'éruptions cutanées ou de taches dessus. La couronne solaire est une source de flux constant de plasma (vent solaire), qui se produit dans toutes les directions. Le vent solaire, créé par la couronne en expansion continue, recouvre les planètes se déplaçant à proximité du Soleil et. Les éruptions sont accompagnées de « rafales » de vent solaire. Expériences sur des stations interplanétaires et satellites artificiels La Terre a permis de détecter directement le vent solaire dans l'espace interplanétaire. Lors des éruptions et lors du flux silencieux du vent solaire, non seulement les corpuscules pénètrent dans l'espace interplanétaire, mais également le champ magnétique associé au plasma en mouvement.

La Terre reçoit 1,36*10,24 cal de chaleur par an du Soleil. Comparée à cette quantité d’énergie, la quantité restante d’énergie rayonnante atteignant la surface de la Terre est négligeable. Ainsi, l'énergie rayonnante des étoiles est un cent millionième de l'énergie solaire, le rayonnement cosmique est deux milliardièmes, chaleur interne La surface de la Terre équivaut à un cinq millième de la chaleur du soleil.
Rayonnement du Soleil - radiation solaire- est la principale source d'énergie pour presque tous les processus se produisant dans l'atmosphère, l'hydrosphère et dans les couches supérieures de la lithosphère.
L'unité de mesure de l'intensité du rayonnement solaire est le nombre de calories de chaleur absorbées par 1 cm2 d'une surface absolument noire perpendiculaire à la direction des rayons du soleil en 1 minute (cal/cm2*min).

Le flux d'énergie rayonnante du Soleil atteignant l'atmosphère terrestre est très constant. Son intensité est appelée constante solaire (Io) et est estimée en moyenne à 1,88 kcal/cm2 min.
La valeur de la constante solaire fluctue en fonction de la distance de la Terre au Soleil et de l'activité solaire. Ses fluctuations tout au long de l'année sont de 3,4 à 3,5 %.
Si les rayons du soleil tombaient verticalement partout sur la surface terrestre, alors en l'absence d'atmosphère et avec une constante solaire de 1,88 cal/cm2*min, chaque centimètre carré recevrait 1 000 kcal par an. Du fait que la Terre est sphérique, cette quantité est réduite de 4 fois et 1 m². cm reçoit en moyenne 250 kcal par an.
La quantité de rayonnement solaire reçue par une surface dépend de l'angle d'incidence des rayons.
La quantité maximale de rayonnement est reçue par une surface perpendiculaire à la direction des rayons du soleil, car dans ce cas toute l'énergie est distribuée sur une zone de section égale à la section transversale du faisceau de rayons - a. Lorsqu’un même faisceau de rayons arrive obliquement, l’énergie est répartie sur grande surface(section c) et une unité de surface en reçoit moins. Plus l’angle d’incidence des rayons est petit, plus l’intensité du rayonnement solaire est faible.
La dépendance de l'intensité du rayonnement solaire sur l'angle d'incidence des rayons est exprimée par la formule :

I1 = I0 * péché h,


où I0 est l’intensité du rayonnement solaire à une incidence verticale des rayons. En dehors de l'atmosphère - la constante solaire ;
I1 est l’intensité du rayonnement solaire lorsque les rayons solaires tombent selon un angle h.
I1 est d’autant plus petit que I0 que la section a est plus petite que la section b.
La figure 27 montre que a/b = sin A.
L'angle d'incidence des rayons solaires (hauteur du Soleil) est égal à 90° seulement aux latitudes comprises entre 23°27"N et 23°27"S. (c'est-à-dire entre les tropiques). Aux autres latitudes, elle est toujours inférieure à 90° (tableau 8). En fonction de la diminution de l'angle d'incidence des rayons, l'intensité du rayonnement solaire arrivant à la surface à différentes latitudes devrait également diminuer. Puisque la hauteur du Soleil ne reste pas constante tout au long de l’année et pendant la journée, la quantité de chaleur solaire reçue par la surface change continuellement.

La quantité de rayonnement solaire reçue par une surface est directement liée à en fonction de la durée de son exposition au soleil.

DANS zone équatoriale en dehors de l'atmosphère, la quantité de chaleur solaire au cours de l'année ne connaît pas de grandes fluctuations, alors qu'aux hautes latitudes, ces fluctuations sont très importantes (voir tableau 9). En hiver, les différences de gain de chaleur solaire entre les hautes et les basses latitudes sont particulièrement significatives. En été, dans des conditions d'éclairage continu, les régions polaires reçoivent le maximum de chaleur solaire par jour sur Terre. En un jour solstice d'été dans l’hémisphère nord, elle est 36 % plus élevée que la quantité de chaleur quotidienne à l’équateur. Mais comme la durée du jour à l'équateur n'est pas de 24 heures (comme à cette heure au pôle), mais de 12 heures, la quantité de rayonnement solaire par unité de temps à l'équateur reste la plus grande. Le maximum estival de chaleur solaire quotidienne, observé autour de 40-50° de latitude, est associé à une durée de jour relativement longue (plus longue qu'à cette époque à 10-20° de latitude) avec une altitude solaire importante. Les différences dans la quantité de chaleur reçue par les régions équatoriales et polaires sont plus faibles en été qu'en hiver.
L'hémisphère sud reçoit plus de chaleur en été que l'hémisphère nord, en hiver - vice versa (affecté par les changements de distance entre la Terre et le Soleil). Et si la surface des deux hémisphères était complètement homogène, les amplitudes annuelles des fluctuations de température dans l'hémisphère sud seraient plus grandes que dans l'hémisphère nord.
Le rayonnement solaire dans l'atmosphère subit changements quantitatifs et qualitatifs.
Même une atmosphère idéale, sèche et propre, absorbe et diffuse les rayons, réduisant ainsi l’intensité du rayonnement solaire. L'effet affaiblissant d'une atmosphère réelle contenant de la vapeur d'eau et des impuretés solides sur le rayonnement solaire est bien supérieur à celui d'une atmosphère idéale. L'atmosphère (oxygène, ozone, dioxyde de carbone, poussières et vapeur d'eau) absorbe principalement les rayons ultraviolets et infrarouges. L'énergie radiante du Soleil absorbée par l'atmosphère est convertie en d'autres types d'énergie : thermique, chimique, etc. En général, l'absorption affaiblit le rayonnement solaire de 17 à 25 %.
Les molécules de gaz atmosphériques diffusent des rayons avec des ondes relativement courtes - violet, bleu. C'est ce qui explique la couleur bleue du ciel. Les rayons de différentes longueurs d'onde sont diffusés de manière égale par les impuretés. Ainsi, lorsque leur contenu est important, le ciel acquiert une teinte blanchâtre.
En raison de la diffusion et de la réflexion de la lumière solaire par l'atmosphère, la lumière du jour est observée par temps nuageux, les objets dans l'ombre sont visibles et le phénomène de crépuscule se produit.
Comment chemin plus long plus le faisceau doit traverser l'atmosphère, plus l'épaisseur de celui-ci doit être traversée et plus le rayonnement solaire est atténué de manière significative. Par conséquent, avec l’élévation, l’influence de l’atmosphère sur le rayonnement diminue. La longueur du trajet de la lumière solaire dans l’atmosphère dépend de la hauteur du Soleil. Si nous considérons la longueur du trajet d'un rayon solaire dans l'atmosphère comme étant égale à une altitude solaire de 90° (m), la relation entre la hauteur du Soleil et la longueur du trajet du rayon dans l'atmosphère sera celle indiquée dans le tableau . dix.

L'atténuation générale du rayonnement dans l'atmosphère à n'importe quelle hauteur du Soleil peut être exprimée par la formule de Bouguer : Im= I0*pm, où Im est l'intensité du rayonnement solaire à la surface de la Terre modifiée dans l'atmosphère ; I0 - constante solaire ; m est le trajet du faisceau dans l'atmosphère ; à une altitude solaire de 90° il est égal à 1 (la masse de l'atmosphère), p est le coefficient de transparence ( un nombre fractionnaire, montrant quelle fraction du rayonnement atteint la surface à m=1).
A une altitude solaire de 90°, avec m=1, l'intensité du rayonnement solaire à la surface terrestre I1 est p fois inférieure à Io, soit I1=Io*p.
Si la hauteur du Soleil est inférieure à 90°, alors m est toujours supérieur à 1. La trajectoire d'un rayon solaire peut être constituée de plusieurs segments dont chacun est égal à 1. L'intensité du rayonnement solaire à la frontière entre les le premier (aa1) et le deuxième (a1a2) segments I1 sont évidemment égaux à Io *p, l'intensité du rayonnement après passage du deuxième segment I2=I1*p=I0 p*p=I0 p2 ; I3=I0p3 etc.


La transparence de l'atmosphère est variable et varie selon les conditions. Le rapport entre la transparence de l'atmosphère réelle et la transparence de l'atmosphère idéale - le facteur de turbidité - est toujours supérieur à un. Cela dépend de la teneur en vapeur d'eau et en poussière de l'air. Avec l'augmentation de la latitude géographique, le facteur de turbidité diminue : aux latitudes de 0 à 20° N. w. elle est en moyenne de 4,6 aux latitudes de 40 à 50° N. w. - 3,5, aux latitudes de 50 à 60° N. w. - 2,8 et aux latitudes de 60 à 80° N. w. - 2.0. DANS latitudes tempérées Le facteur de turbidité est plus faible en hiver qu’en été, et plus faible le matin que pendant la journée. Elle diminue avec la hauteur. Plus le facteur de turbidité est élevé, plus l'atténuation du rayonnement solaire est importante.
Distinguer rayonnement solaire direct, diffus et total.
La partie du rayonnement solaire qui traverse l’atmosphère jusqu’à la surface de la Terre est un rayonnement direct. Une partie du rayonnement diffusé par l’atmosphère se transforme en rayonnement diffus. Tout rayonnement solaire arrivant à la surface de la Terre, direct et diffus, est appelé rayonnement total.
Le rapport entre le rayonnement direct et diffus varie considérablement en fonction de la nébulosité, de la poussière de l'atmosphère, ainsi que de l'altitude du Soleil. Sous un ciel clair, la proportion de rayonnement diffusé ne dépasse pas 0,1 % ; sous un ciel nuageux, le rayonnement diffusé peut être supérieur au rayonnement direct.
À basse altitude solaire, le rayonnement total est presque entièrement constitué de rayonnement diffusé. Avec une altitude solaire de 50° et un ciel dégagé, la proportion de rayonnement diffusé ne dépasse pas 10-20 %.
Les cartes des valeurs moyennes annuelles et mensuelles du rayonnement total nous permettent de remarquer les principales tendances de son distribution géographique. Les valeurs annuelles du rayonnement total sont réparties principalement par zone. La plus grande quantité annuelle de rayonnement total sur Terre est reçue par la surface des déserts tropicaux intérieurs (Sahara oriental et partie centrale Saoudite). Une diminution notable du rayonnement total à l'équateur est causée par une humidité élevée de l'air et des nuages ​​​​épais. Dans l'Arctique, le rayonnement total est de 60 à 70 kcal/cm2 par an ; en Antarctique, en raison de la fréquence fréquente des jours clairs et d'une plus grande transparence de l'atmosphère, elle est un peu plus élevée.

En juin, l'hémisphère nord, et en particulier les régions tropicales et subtropicales intérieures, reçoivent les plus grandes quantités de rayonnement. Les quantités de rayonnement solaire reçues par la surface sous les latitudes tempérées et polaires de l'hémisphère nord diffèrent peu, principalement en raison de la longue durée du jour dans les régions polaires. Zonage dans la répartition du rayonnement total ci-dessus. Les continents de l'hémisphère nord et sous les latitudes tropicales de l'hémisphère sud ne sont presque pas exprimés. Elle se manifeste mieux dans l'hémisphère nord au-dessus de l'océan et s'exprime clairement dans les latitudes extratropicales de l'hémisphère sud. Près du cercle polaire sud, le rayonnement solaire total approche 0.
En décembre, les plus grandes quantités de rayonnement pénètrent dans l’hémisphère sud. La surface de glace des hautes altitudes de l'Antarctique, avec une grande transparence dans l'air, reçoit beaucoup plus de rayonnement total que la surface de l'Arctique en juin. Il y a beaucoup de chaleur dans les déserts (Kalahari, Grand Australien), mais en raison de la nature plus océanique de l'hémisphère sud (influence de l'humidité élevée de l'air et de la nébulosité), la quantité de chaleur ici est légèrement inférieure à celle de juin à les mêmes latitudes que l'hémisphère nord. Aux latitudes équatoriales et tropicales de l'hémisphère nord, le rayonnement total change relativement peu et le zonage de sa distribution ne s'exprime clairement qu'au nord du tropique nord. Avec l'augmentation de la latitude, le rayonnement total diminue assez rapidement, son isoline zéro se situe légèrement au nord du cercle polaire arctique.
La totalité du rayonnement solaire frappant la surface de la Terre est partiellement réfléchie dans l’atmosphère. Le rapport entre la quantité de rayonnement réfléchi par une surface et la quantité de rayonnement incident sur cette surface est appelé albédo. L'albédo caractérise la réflectivité d'une surface.
L'albédo de la surface terrestre dépend de son état et de ses propriétés : couleur, humidité, rugosité, etc. La neige fraîchement tombée a la plus grande réflectivité (85-95 %). Une surface d'eau calme, lorsque les rayons du soleil tombent verticalement dessus, n'en réfléchit que 2 à 5 %, et lorsque le soleil est bas, presque tous les rayons qui y tombent (90 %). Albédo du chernozem sec - 14%, humide - 8, forêt - 10-20, végétation des prairies - 18-30, surface sableuse du désert - 29-35, surface glace de mer - 30-40%.
L'albédo élevé de la surface de la glace, en particulier lorsqu'elle est recouverte de neige fraîchement tombée (jusqu'à 95 %), est à l'origine des basses températures dans les régions polaires en été, lorsque l'afflux de rayonnement solaire y est important.
Rayonnement provenant de la surface et de l'atmosphère terrestres. Tout corps dont la température est supérieure au zéro absolu (supérieure à moins 273°) émet de l'énergie rayonnante. L'émissivité totale d'un corps complètement noir est proportionnelle à la puissance quatre de son température absolue(T):
E = σ*T4 kcal/cm2 par minute (loi de Stefan-Boltzmann), où σ est un coefficient constant.
Plus la température du corps émetteur est élevée, plus la longueur d'onde des rayons nm émis est courte. Le soleil brûlant envoie dans l'espace rayonnement à ondes courtes. La surface de la Terre, absorbant le rayonnement solaire à ondes courtes, se réchauffe et devient également une source de rayonnement (rayonnement terrestre). Mais comme la température à la surface de la Terre ne dépasse pas plusieurs dizaines de degrés, il rayonnement à ondes longues, invisible.
Le rayonnement terrestre est en grande partie retenu par l'atmosphère (vapeur d'eau, dioxyde de carbone, ozone), mais les rayons d'une longueur d'onde de 9 à 12 microns s'échappent librement au-delà de l'atmosphère et la Terre perd donc une partie de sa chaleur.
L'atmosphère, absorbant une partie du rayonnement solaire qui la traverse et plus de la moitié du rayonnement terrestre, rayonne elle-même de l'énergie à la fois vers l'espace et vers la surface de la Terre. Le rayonnement atmosphérique dirigé vers la surface de la Terre vers celle de la Terre est appelé contrer le rayonnement. Ce rayonnement, comme le rayonnement terrestre, est à ondes longues et invisible.
Il existe deux flux de rayonnement à ondes longues dans l’atmosphère : le rayonnement provenant de la surface de la Terre et le rayonnement provenant de l’atmosphère. La différence entre eux, qui détermine la perte de chaleur réelle par la surface de la Terre, est appelée rayonnement efficace. Plus la température de la surface émettrice est élevée, plus le rayonnement efficace est important. L'humidité de l'air réduit le rayonnement efficace et les nuages ​​le réduisent considérablement.
La valeur la plus élevée des quantités annuelles de rayonnement efficace est observée dans les déserts tropicaux - 80 kcal/cm2 par an - en raison de haute température surface, air sec et ciel dégagé. À l'équateur, avec une humidité de l'air élevée, le rayonnement effectif n'est que d'environ 30 kcal/cm2 par an, et sa valeur pour la terre et pour l'océan diffère très peu. Rayonnement efficace le plus faible dans les régions polaires. Sous les latitudes tempérées, la surface de la Terre perd environ la moitié de la quantité de chaleur qu'elle reçoit du fait de l'absorption du rayonnement total.
La capacité de l’atmosphère à transmettre le rayonnement à ondes courtes du Soleil (rayonnement direct et diffus) et à retenir le rayonnement à ondes longues de la Terre est appelée effet de serre. Grâce à l'effet de serre, la température moyenne à la surface de la Terre est de +16°, en l'absence d'atmosphère elle serait de -22° (38° de moins).
Bilan radiatif (rayonnement résiduel). La surface de la Terre reçoit simultanément des radiations et les libère. L'afflux de rayonnement comprend le rayonnement solaire total et le contre-rayonnement de l'atmosphère. La consommation est la réflexion de la lumière solaire sur la surface (albédo) et le propre rayonnement de la surface terrestre. La différence entre le rayonnement entrant et sortant - bilan radiatif, ou rayonnement résiduel. La valeur du bilan radiatif est déterminée par l'équation

R = Q*(1-α) - Je,


où Q est le rayonnement solaire total arrivant par unité de surface ; α - albédo (fraction); I - rayonnement efficace.
Si le revenu est supérieur au flux, le bilan radiatif est positif ; si le revenu est inférieur au flux, le bilan est négatif. La nuit, à toutes les latitudes, le bilan radiatif est négatif, le jour avant midi, il est positif partout sauf aux hautes latitudes en hiver ; l'après-midi - encore négatif. En moyenne par jour, le bilan radiatif peut être soit positif, soit négatif (tableau 11).


La carte des sommes annuelles du bilan radiatif de la surface de la Terre montre un changement brusque dans la position des isolignes lorsqu'elles se déplacent de la terre vers l'océan. En règle générale, le bilan radiatif de la surface de l'océan dépasse le bilan radiatif de la terre (influence de l'albédo et du rayonnement effectif). La répartition du bilan radiatif est généralement zonale. Sur l'Océan aux latitudes tropicales, les valeurs annuelles du bilan radiatif atteignent 140 kcal/cm2 (mer d'Oman) et ne dépassent pas 30 kcal/cm2 à la frontière glace flottante. Les écarts par rapport à la répartition zonale du bilan radiatif sur l'océan sont insignifiants et sont causés par la répartition de la nébulosité.
Sur terre aux latitudes équatoriales et tropicales, les valeurs annuelles du bilan radiatif varient de 60 à 90 kcal/cm2 selon les conditions d'humidité. Les sommes annuelles les plus importantes du bilan radiatif sont observées dans les zones où l'albédo et le rayonnement effectif sont relativement faibles (zones humides). forêts tropicales, savanes). Leurs valeurs sont les plus faibles dans les zones très humides (forte nébulosité) et très sèches (rayonnement efficace élevé). Aux latitudes tempérées et élevées, la valeur annuelle du bilan radiatif diminue avec l'augmentation de la latitude (effet d'une diminution du rayonnement total).
Les quantités annuelles du bilan radiatif sur les régions centrales de l'Antarctique sont négatives (plusieurs calories pour 1 cm2). En Arctique, les valeurs de ces quantités sont proches de zéro.
En juillet, le bilan radiatif de la surface terrestre dans une partie importante de l'hémisphère sud est négatif. La ligne d'équilibre zéro s'étend entre 40 et 50° S. w. La valeur la plus élevée du bilan radiatif est atteinte à la surface de l'océan dans les latitudes tropicales de l'hémisphère nord et à la surface de certains mers intérieures, par exemple Cherny (14-16 kcal/cm2 par mois).
En janvier, la ligne de bilan zéro se situe entre 40 et 50° N. w. (au-dessus des océans, il s'élève un peu vers le nord, sur les continents, il descend vers le sud). Une partie importante de l’hémisphère nord présente un bilan radiatif négatif. Les valeurs les plus élevées du bilan radiatif se limitent aux latitudes tropicales de l'hémisphère sud.
En moyenne par an, le bilan radiatif de la surface terrestre est positif. Dans ce cas, la température de surface n'augmente pas, mais reste à peu près constante, ce qui ne peut s'expliquer que par la consommation continue de chaleur excédentaire.
Le bilan radiatif de l’atmosphère se compose, d’une part, du rayonnement solaire et terrestre absorbé par celle-ci, et, d’autre part, du rayonnement atmosphérique. Elle est toujours négative, puisque l’atmosphère n’absorbe qu’une petite partie du rayonnement solaire et en émet presque autant que la surface.
Le bilan radiatif de la surface et de l'atmosphère ensemble pour l'ensemble de la Terre par an est en moyenne nul, mais aux latitudes, il peut être à la fois positif et négatif.
La conséquence de cette répartition du bilan radiatif devrait être le transfert de chaleur dans la direction de l'équateur vers les pôles.
Bilan thermique. Le bilan radiatif est la composante la plus importante du bilan thermique. L'équation du bilan thermique de surface montre comment l'énergie du rayonnement solaire entrant est convertie à la surface de la Terre :

où R est le bilan radiatif ; LE - consommation de chaleur pour l'évaporation (L - chaleur latente d'évaporation, E - évaporation);
P - échange thermique turbulent entre la surface et l'atmosphère ;
A - échange de chaleur entre la surface et les couches sous-jacentes du sol ou de l'eau.
Le bilan radiatif d'une surface est considéré comme positif si le rayonnement absorbé par la surface dépasse la perte de chaleur, et négatif s'il ne la reconstitue pas. Tous les autres termes du bilan thermique sont considérés comme positifs s'ils entraînent une perte de chaleur de la surface (s'ils correspondent à une consommation de chaleur). Parce que. tous les termes de l'équation peuvent changer, l'équilibre thermique est constamment perturbé et rétabli.
L'équation du bilan thermique de surface discutée ci-dessus est approximative, car elle ne prend pas en compte certains facteurs mineurs qui, dans des conditions spécifiques, acquièrent important facteurs, tels que le dégagement de chaleur lors de la congélation, sa consommation lors de la décongélation, etc.
Le bilan thermique de l'atmosphère comprend le bilan radiatif de l'atmosphère Ra, la chaleur provenant de la surface, Pa, la chaleur dégagée dans l'atmosphère lors de la condensation, LE et le transfert de chaleur horizontal (advection) Aa. Le bilan radiatif de l’atmosphère est toujours négatif. L'afflux de chaleur résultant de la condensation de l'humidité et l'ampleur du transfert de chaleur turbulent sont positifs. L'advection de chaleur entraîne, en moyenne par an, son transfert des basses latitudes vers les hautes latitudes : elle signifie donc une perte de chaleur aux basses latitudes et un gain de chaleur aux hautes latitudes. Dans une dérivation à long terme, le bilan thermique de l'atmosphère peut être exprimé par l'équation Ra=Pa+LE.
Le bilan thermique de la surface et de l’atmosphère dans son ensemble est égal à 0 en moyenne à long terme (Fig. 35).

La quantité de rayonnement solaire entrant dans l'atmosphère par an (250 kcal/cm2) est considérée comme égale à 100 %. Le rayonnement solaire, pénétrant dans l'atmosphère, est partiellement réfléchi par les nuages ​​et retourne hors de l'atmosphère - 38 %, partiellement absorbé par l'atmosphère - 14 % et partiellement sous forme de rayonnement solaire direct atteignant la surface de la terre - 48 %. Sur les 48 % qui atteignent la surface, 44 % sont absorbés par celle-ci et 4 % sont réfléchis. Ainsi, l'albédo de la Terre est de 42 % (38+4).
Le rayonnement absorbé par la surface de la Terre est consommé comme suit : 20 % sont perdus par rayonnement efficace, 18 % sont dépensés pour l'évaporation de la surface, 6 % sont dépensés pour chauffer l'air lors d'un échange thermique turbulent (total 24 %). La consommation de chaleur par la surface équilibre son arrivée. La chaleur reçue par l'atmosphère (14 % directement du Soleil, 24 % de la surface terrestre), ainsi que le rayonnement effectif de la Terre, sont dirigés vers l'espace. L'albédo (42 %) et le rayonnement (58 %) de la Terre équilibrent l'apport de rayonnement solaire dans l'atmosphère.

Le soleil émet son énergie dans toutes les longueurs d'onde, mais de différentes manières. Environ 44 % de l’énergie du rayonnement se situe dans la partie visible du spectre et le maximum correspond à la couleur jaune-vert. Environ 48 % de l’énergie perdue par le Soleil est emportée par les rayons infrarouges proches et lointains. Les rayons gamma, les rayons X, les ultraviolets et les rayonnements radio ne représentent qu'environ 8 %.

La partie visible du rayonnement solaire, étudiée à l'aide d'instruments d'analyse spectrale, s'avère inhomogène - des raies d'absorption décrites pour la première fois par J. Fraunhofer en 1814 sont observées dans le spectre. Ces raies apparaissent lorsque des photons de certaines longueurs d'onde sont absorbés par des atomes de divers éléments chimiques dans les couches supérieures, relativement froides, de l'atmosphère solaire. L'analyse spectrale permet d'obtenir des informations sur la composition du Soleil, puisqu'un certain ensemble de raies spectrales caractérise exclusivement avec précision élément chimique. Par exemple, à l'aide d'observations du spectre du Soleil, on a prédit la découverte de l'hélium, qui a ensuite été isolé sur Terre.

Lors d'observations, les scientifiques ont découvert que le Soleil est une puissante source d'émission radio. Les ondes radio pénètrent dans l'espace interplanétaire et sont émises par la chromosphère (ondes centimétriques) et la couronne (ondes décimétriques et métriques). L'émission radio du Soleil comporte deux composantes : constante et variable (rafales, « tempêtes de bruit »). Lors de fortes éruptions solaires, les émissions radio du Soleil augmentent des milliers, voire des millions de fois, par rapport aux émissions radio du Soleil silencieux. Cette émission radio est de nature non thermique.

Les rayons X proviennent principalement des couches supérieures de la chromosphère et de la couronne. Le rayonnement est particulièrement fort pendant les années d’activité solaire maximale.

Le soleil n’émet pas seulement de la lumière, de la chaleur et tous les autres types de rayonnements électromagnétiques. C'est aussi une source d'un flux constant de particules - les corpuscules. Les neutrinos, les électrons, les protons, les particules alpha et les noyaux atomiques plus lourds constituent tous ensemble le rayonnement corpusculaire du Soleil. Une partie importante de ce rayonnement est un flux plus ou moins continu de plasma - le vent solaire, qui est une continuation des couches externes de l'atmosphère solaire - la couronne solaire. Dans le contexte de ce vent de plasma qui souffle constamment, des régions individuelles du Soleil sont des sources de flux dits corpusculaires plus dirigés et améliorés. Très probablement, ils sont associés à des régions spéciales de la couronne solaire - les trous coronaux, et aussi, éventuellement, à des régions actives à longue durée de vie sur le Soleil. Enfin, les flux de particules à court terme les plus puissants, principalement d’électrons et de protons, sont associés aux éruptions solaires. Grâce aux éruptions les plus puissantes, les particules peuvent acquérir des vitesses qui représentent une fraction notable de la vitesse de la lumière. Les particules ayant des énergies aussi élevées sont appelées rayons cosmiques solaires.

Le rayonnement corpusculaire solaire a Forte influence sur la Terre, et principalement sur les couches supérieures de son atmosphère et de son champ magnétique, provoquant de nombreux phénomènes géophysiques. La magnétosphère et l'atmosphère terrestres nous protègent des effets nocifs du rayonnement solaire.