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Esposizione umana alla radiazione solare. Stima dell'energia solare

L'energia del Sole è la fonte della vita sul nostro pianeta. Il sole riscalda l'atmosfera e la superficie della Terra. Grazie all'energia solare, i venti soffiano, il ciclo dell'acqua in natura si svolge, i mari e gli oceani si riscaldano, le piante si sviluppano, gli animali hanno cibo (vedi Figura 1.1). È grazie alla radiazione solare che esistono combustibili fossili sulla Terra.

Figura 1.1 - Influenza della radiazione solare sulla Terra

L'energia solare può essere convertita in calore o freddo, propulsione ed elettricità. La principale fonte di energia per quasi tutti i processi naturali che avvengono sulla superficie terrestre e nell'atmosfera è l'energia che arriva alla Terra dal Sole sotto forma di radiazione solare.

La Figura 1.2 presenta uno schema di classificazione che riflette i processi che avvengono sulla superficie terrestre e nella sua atmosfera sotto l'influenza della radiazione solare.

Il risultato dell'attività solare diretta è l'effetto termico e l'effetto fotoelettrico, a seguito dei quali la Terra riceve energia termica e luce. I risultati dell'attività indiretta del Sole sono gli effetti corrispondenti nell'atmosfera, idrosfera e geosfera, che causano la comparsa di vento, onde, causando il flusso dei fiumi, creando condizioni per la conservazione del calore interno della Terra.

Figura 1.2 - Classificazione delle fonti energetiche rinnovabili

Il Sole è una sfera di gas con un raggio di 695.300 km, 109 volte il raggio della Terra, con una temperatura della superficie radiante di circa 6.000°C. All'interno del Sole, la temperatura raggiunge i 40 milioni di °C.

La Figura 1.3 mostra un diagramma della struttura del Sole. Il sole è un gigantesco "reattore termonucleare" che funziona a idrogeno e trasforma 564 milioni di tonnellate di idrogeno in 560 milioni di tonnellate di elio ogni secondo fondendosi. La perdita di quattro milioni di tonnellate di massa è di 9: 1-10 9 GW h di energia (1 GW è pari a 1 milione di kW). Si produce più energia in un secondo di quanta ne potrebbero produrre sei miliardi di centrali nucleari in un anno. Grazie al guscio protettivo dell'atmosfera, solo una parte di questa energia raggiunge la superficie terrestre.

La distanza tra i centri della Terra e del Sole è in media di 1.496 * 10 8 km.

Annualmente Il Sole invia sulla Terra circa 1.6 10 18 kW h di energia radiante o 1,3 * 10 24 calorie di calore. Questo è 20 mila volte più dell'attuale consumo energetico mondiale. Contributo Soli nel bilancio energetico del globo è 5000 volte maggiore del contributo totale di tutte le altre fonti.

Questa quantità di calore sarebbe sufficiente per sciogliere uno strato di ghiaccio spesso 35 m che ricopre la superficie terrestre a 0°C.

Rispetto alla radiazione solare, tutte le altre fonti di energia che entrano nella Terra sono trascurabili. Quindi, l'energia delle stelle è la centomilionesima dell'energia solare; radiazione cosmica - due miliardesimi. Il calore interno proveniente dalle profondità della Terra alla sua superficie è un decimillesimo dell'energia solare.

Figura 1.3 - Schema della struttura del Sole

In questo modo. Il sole è in realtà l'unica fonte di energia termica sulla Terra.

Al centro del Sole c'è il nucleo solare (vedi Fig. 1.4). La fotosfera è la superficie visibile del Sole, che è la principale fonte di radiazioni. Il sole è circondato dalla corona solare, che ha una temperatura molto elevata, ma è estremamente rarefatta, quindi è visibile ad occhio nudo solo durante i periodi di eclissi solare totale.

La superficie visibile del Sole che emette radiazioni è chiamata fotosfera (sfera di luce). È costituito da vapori incandescenti di vari elementi chimici allo stato ionizzato.

Sopra la fotosfera c'è un'atmosfera luminosa, quasi trasparente del Sole, costituita da gas rarefatti, che è chiamata cromosfera.

Sopra la cromosfera c'è il guscio esterno del Sole, chiamato corona.

I gas che formano il Sole sono in uno stato di continuo movimento violento (intenso), che porta alla comparsa delle cosiddette macchie solari, torce e protuberanze.

Le macchie solari sono grandi imbuti formati a seguito di movimenti a vortice di masse di gas, la cui velocità raggiunge 1-2 km / s. La temperatura delle macchie è di 1500°C inferiore alla temperatura del Sole ed è di circa 4500°C. Il numero di macchie solari cambia di anno in anno con un periodo di circa 11 anni.

Figura 1.4 - La struttura del Sole

Le torce solari sono emissioni di energia solare e le protuberanze sono esplosioni di forza colossale nella cromosfera solare, raggiungendo altezze fino a 2 milioni di km.

Le osservazioni hanno mostrato che con un aumento del numero di macchie solari, aumenta il numero di torce e protuberanze e, di conseguenza, aumenta l'attività solare.

Con un aumento dell'attività solare, si verificano tempeste magnetiche sulla Terra, che hanno un impatto negativo sulle comunicazioni telefoniche, telegrafiche e radiofoniche, nonché sulle condizioni di vita. Allo stesso fenomeno è associato un aumento dell'aurora boreale.

Va notato che durante il periodo di aumento delle macchie solari, aumenta prima l'intensità della radiazione solare, che è associata ad un aumento generale dell'attività solare nel periodo iniziale, e quindi la radiazione solare diminuisce, poiché l'area delle macchie solari con un la temperatura di 1500° al di sotto della temperatura della fotosfera aumenta.

La parte della meteorologia che studia gli effetti della radiazione solare sulla Terra e nell'atmosfera si chiama actinometria.

Quando si esegue il lavoro attinometrico, è necessario conoscere la posizione del Sole nel firmamento. Questa posizione è determinata dall'altitudine o azimut del Sole.

L'altezza del sole lui chiamato distanza angolare dal Sole all'orizzonte, cioè l'angolo tra la direzione del Sole e il piano dell'orizzonte.

La distanza angolare del Sole dallo zenit, cioè dalla sua direzione verticale, è chiamata distanza azimutale o zenitale.

Esiste un rapporto tra l'altezza e la distanza zenitale

(1.1)

L'azimut del Sole è raramente determinato, solo per lavori speciali.

L'altezza del Sole sull'orizzonte è determinata dalla formula:

dove - latitudine del sito di osservazione;

- La declinazione del Sole è l'arco del cerchio di declinazione dall'equatore al Sole, che viene misurato in base alla posizione del Sole su entrambi i lati dell'equatore da 0 a ± 90 °;

T - angolo orario del Sole o tempo solare reale in gradi.

Il valore della declinazione del Sole per ogni giorno è riportato da molti anni nei libri di riferimento astronomici.

Con la formula (1.2), possiamo calcolare in qualsiasi momento T l'altezza del sole lui o ad una data altezza hc determinare l'ora in cui il Sole si trova ad una data altezza.

L'altezza massima del Sole a mezzogiorno per i diversi giorni dell'anno viene calcolata utilizzando la formula:

(1.3)

Il sole (astr. ☉) è l'unica stella del sistema solare. Altri oggetti di questo sistema ruotano attorno al Sole: pianeti e loro satelliti, pianeti nani e loro satelliti, asteroidi, meteoroidi, comete e polvere cosmica.

La struttura interna del Sole

Il nostro Sole è un'enorme palla di gas incandescente, all'interno della quale avvengono processi complessi e, di conseguenza, l'energia viene continuamente rilasciata. Il volume interno del Sole può essere suddiviso in diverse regioni; la sostanza in essi differisce nelle sue proprietà e l'energia è distribuita attraverso diversi meccanismi fisici. Conosciamoli partendo dal centro.

Nella parte centrale del Sole c'è una fonte della sua energia, o, in senso figurato, quella "stufa" che lo riscalda e non gli permette di raffreddarsi. Questa zona è chiamata il nucleo. Sotto il peso degli strati esterni, la materia all'interno del Sole viene compressa e più è profonda, più è forte. La sua densità aumenta verso il centro insieme all'aumento della pressione e della temperatura. Nel nucleo, dove la temperatura raggiunge i 15 milioni di Kelvin, viene rilasciata energia.

Questa energia viene rilasciata come risultato della fusione di atomi di elementi chimici leggeri in atomi di quelli più pesanti. All'interno del Sole, un atomo di elio è formato da quattro atomi di idrogeno. È questa terribile energia che le persone hanno imparato a rilasciare quando esplode una bomba all'idrogeno. C'è la speranza che in un prossimo futuro le persone possano imparare a usarlo per scopi pacifici (nel 2005, i feed di notizie trasmessi sull'inizio della costruzione del primo reattore termonucleare internazionale in Francia).

Il nucleo ha un raggio non superiore a un quarto del raggio totale del Sole. Tuttavia, metà della massa solare è concentrata nel suo volume e viene rilasciata quasi tutta l'energia che supporta il bagliore del Sole. Ma l'energia del nucleo caldo deve in qualche modo arrivare alla superficie del Sole. Esistono vari modi di trasferire energia a seconda delle condizioni fisiche dell'ambiente, vale a dire: trasferimento radiativo, convezione e conduzione di calore. La conducibilità termica non gioca un ruolo importante nei processi energetici del Sole e delle stelle, mentre i trasferimenti radianti e convettivi sono molto importanti.

Immediatamente intorno al nucleo inizia una zona di trasferimento di energia radiante, dove si propaga attraverso l'assorbimento e l'emissione di una porzione di luce - quanti da parte della sostanza. Densità, temperatura e pressione diminuiscono con la distanza dal nucleo e l'energia scorre nella stessa direzione. In generale, questo processo è estremamente lento. I quanti impiegano molte migliaia di anni per arrivare dal centro del Sole alla fotosfera: dopotutto, quando vengono riemessi, i quanti cambiano continuamente direzione, muovendosi all'indietro quasi quanto in avanti.

Al centro del Sole nascono i quanti gamma. La loro energia è milioni di volte maggiore di quella dei quanti di luce visibile e la loro lunghezza d'onda è molto piccola. Lungo la strada, i quanti subiscono trasformazioni sorprendenti. Un quanto separato viene prima assorbito da qualche atomo, ma viene poi riemesso di nuovo; il più delle volte, non c'è un quanto precedente, ma due o più. Secondo la legge di conservazione dell'energia, la loro energia totale si conserva, e quindi l'energia di ciascuno di essi diminuisce. Ecco come appaiono i quanti di energie sempre più basse. I potenti quanti gamma sembrano essere suddivisi in quanti meno energetici: prima i raggi X, poi l'ultravioletto e

infine raggi visibili e infrarossi. Di conseguenza, il sole emette la maggior quantità di energia in luce visibile, e non è un caso che i nostri occhi ne siano sensibili.

Come abbiamo detto, ci vuole un quanto tempo per filtrare attraverso la densa materia solare. Quindi, se la "stufa" all'interno del Sole si spegnesse improvvisamente, allora lo sapremmo solo milioni di anni dopo. Nel suo percorso attraverso gli strati solari interni, il flusso di energia incontra un'area in cui l'opacità del gas aumenta notevolmente. Questa è la zona convettiva del sole. Qui l'energia non viene più trasferita per irraggiamento, ma per convezione.

Cos'è la convezione?

Quando il liquido bolle, si mescola. Il gas può comportarsi allo stesso modo. Enormi flussi di gas caldo salgono verso l'alto, dove cedono il loro calore all'ambiente, e il gas solare raffreddato scende verso il basso. La materia solare sembra ribollire e mescolarsi. La zona convettiva inizia approssimativamente a una distanza di 0,7 del raggio dal centro e si estende quasi fino alla superficie più visibile del Sole (fotosfera), dove il trasferimento del flusso principale di energia diventa nuovamente radiante. Tuttavia, a causa dell'inerzia, qui penetrano ancora correnti calde provenienti da strati convettivi più profondi. La ben nota immagine della granulazione sulla superficie solare per gli osservatori è una manifestazione visibile della convezione.

Zona convettiva del Sole

La zona radioattiva è circa 2/3 del diametro interno del Sole e il raggio è di circa 140 mila km. Allontanandosi dal centro, i fotoni perdono la loro energia sotto l'influenza della collisione. Questo fenomeno è chiamato fenomeno della convezione. Questo è simile al processo che avviene in un bollitore: l'energia proveniente dall'elemento riscaldante è molto maggiore della quantità che viene rimossa per conduzione. L'acqua calda in prossimità del fuoco sale e l'acqua più fredda scende. Questo processo è chiamato convenzione. Il significato di convezione è che un gas più denso si distribuisce sulla superficie, si raffredda e torna al centro. Il processo di miscelazione nella zona convettiva del Sole avviene continuamente. Guardando attraverso un telescopio la superficie del Sole, si può vedere la sua struttura granulare: la granulazione. Sembra fatto di granuli! Ciò è dovuto alla convezione sotto la fotosfera.

Fotosfera del Sole

Uno strato sottile (400 km) - la fotosfera del Sole, si trova direttamente dietro la zona convettiva e rappresenta la "vera superficie solare" visibile dalla Terra. Per la prima volta i granuli nella fotosfera furono fotografati dal francese Janssen nel 1885. Il granulo medio ha una dimensione di 1000 km, si muove alla velocità di 1 km/se dura circa 15 minuti. Si possono osservare formazioni scure nella fotosfera nella parte equatoriale, quindi si spostano. I campi magnetici più forti sono il segno distintivo di tali punti. E il colore scuro è dovuto alla temperatura più bassa rispetto alla fotosfera circostante.

Cromosfera del Sole

La cromosfera solare (sfera colorata) è uno strato denso (10.000 km) dell'atmosfera solare che si trova appena dietro la fotosfera. La cromosfera è piuttosto problematica da osservare, a causa della sua vicinanza alla fotosfera. Si vede meglio quando la Luna copre la fotosfera, ad es. durante le eclissi solari.

Le protuberanze solari sono enormi emissioni di idrogeno che assomigliano a lunghi filamenti luminosi. Le protuberanze salgono a una distanza enorme, raggiungendo il diametro del Sole (1,4 mlm km), si muovono ad una velocità di circa 300 km/s, mentre la temperatura raggiunge i 10.000 gradi.

Corona solare

La corona solare è gli strati esterni ed estesi dell'atmosfera solare, originati sopra la cromosfera. La lunghezza della corona solare è molto lunga e raggiunge valori di diversi diametri del sole. Sulla domanda su dove finisca esattamente, gli scienziati non hanno ancora ricevuto una risposta univoca.

La composizione della corona solare è un plasma scaricato, altamente ionizzato. Contiene ioni pesanti, elettroni con un nucleo di elio e protoni. La temperatura della corona raggiunge da 1 a 2 milioni di gradi K, rispetto alla superficie del Sole.

Il vento solare è un flusso continuo di materia (plasma) dal guscio esterno dell'atmosfera solare. È composto da protoni, nuclei atomici ed elettroni. La velocità del vento solare può variare da 300 km/s a 1500 km/s, in accordo con i processi che avvengono sul Sole. Il vento solare si diffonde in tutto il sistema solare e, interagendo con il campo magnetico terrestre, provoca vari fenomeni, uno dei quali è l'aurora boreale.

Radiazione del sole

Il sole emette la sua energia in tutte le lunghezze d'onda, ma in modi diversi. Circa il 44% dell'energia della radiazione si trova nella parte visibile dello spettro e il massimo corrisponde al colore giallo-verde. Circa il 48% dell'energia persa dal sole viene trasportata dai raggi infrarossi vicini e lontani. I raggi gamma, i raggi X, le emissioni ultraviolette e radio rappresentano solo l'8% circa.

La parte visibile della radiazione solare quando si studia con l'aiuto di dispositivi di analisi dello spettro risulta essere disomogenea: nello spettro si osservano linee di assorbimento, descritte per la prima volta da J. Fraunhofer nel 1814. Queste linee compaiono quando fotoni di determinate lunghezze d'onda vengono assorbiti da atomi di vari elementi chimici negli strati superiori, relativamente freddi, dell'atmosfera solare. L'analisi spettrale fornisce informazioni sulla composizione del Sole, poiché un certo insieme di righe spettrali caratterizza un elemento chimico in modo estremamente accurato. Quindi, ad esempio, con l'aiuto delle osservazioni dello spettro solare, è stata prevista la scoperta dell'elio, che è stato successivamente isolato sulla Terra.

Tipi di radiazioni

Nel corso delle osservazioni, gli scienziati hanno scoperto che il Sole è una potente fonte di emissioni radio. Le onde radio penetrano nello spazio interplanetario, che sono emesse dalla cromosfera (onde centimetriche) e dalla corona (onde decimetriche e metriche). L'emissione radio dal Sole ha due componenti: costante e variabile (burst, "tempeste di rumore"). Durante i forti brillamenti solari, l'emissione radio del Sole aumenta migliaia e persino milioni di volte rispetto all'emissione radio del Sole tranquillo. Questa emissione radio è di natura non termica.

I raggi X provengono principalmente dagli strati superiori della cromosfera e della corona. La radiazione è particolarmente forte durante gli anni di massima attività solare.

Il sole emette non solo luce, calore e tutte le altre forme di radiazione elettromagnetica. È anche una fonte di un flusso costante di particelle - corpuscoli. Neutrini, elettroni, protoni, particelle alfa e nuclei atomici più pesanti costituiscono tutti insieme la radiazione corpuscolare del Sole. Una parte significativa di questa radiazione è un deflusso più o meno continuo di plasma - il vento solare, che è una continuazione degli strati esterni dell'atmosfera solare - la corona solare. Sullo sfondo di questo vento di plasma che soffia costantemente, le singole regioni del Sole sono fonti di flussi più diretti, intensificati, cosiddetti corpuscolari. Molto probabilmente, sono associati a regioni speciali della corona solare - buchi coronali, nonché, forse, a regioni attive di lunga durata sul Sole. Infine, i brillamenti solari sono associati ai più potenti flussi a breve termine di particelle, principalmente elettroni e protoni. Come risultato dei brillamenti più potenti, le particelle possono acquisire velocità che costituiscono una frazione apprezzabile della velocità della luce. Le particelle con energie così elevate sono chiamate raggi cosmici solari.

La radiazione corpuscolare solare ha un forte effetto sulla Terra, e soprattutto sugli strati superiori della sua atmosfera e sul campo magnetico, causando numerosi fenomeni geofisici. La magnetosfera e l'atmosfera della Terra ci proteggono dagli effetti dannosi della radiazione solare.

Intensità della radiazione solare

Con temperature estremamente elevate, il Sole è una fonte di radiazioni molto forte. La gamma visibile della radiazione solare ha la più alta intensità di radiazione. Allo stesso tempo, una grande quantità dello spettro invisibile raggiunge anche la Terra. All'interno del sole avvengono processi in cui gli atomi di elio vengono sintetizzati da atomi di idrogeno. Questi processi sono chiamati processi di fusione nucleare, sono accompagnati dal rilascio di un'enorme quantità di energia. Questa energia fa sì che il Sole si riscaldi fino a una temperatura di 15 milioni di gradi Celsius (nella sua parte interna).

Sulla superficie del Sole (fotosfera), la temperatura raggiunge i 5500 ° C. Su questa superficie il Sole emette energia con un valore di 63 MW/m². Solo una piccola parte di questa radiazione raggiunge la superficie della Terra, il che consente all'umanità di vivere comodamente sul nostro pianeta. L'intensità media della radiazione verso l'atmosfera terrestre è di circa 1367 W/m². Questo valore può oscillare nell'intervallo del 5% a causa del fatto che, muovendosi su un'orbita ellittica, la Terra si allontana dal Sole a distanze diverse durante l'anno. Il valore di 1367 W/m² è chiamato costante solare.

Energia solare sulla superficie della Terra

L'atmosfera terrestre non consente il passaggio di tutta l'energia solare. La superficie della Terra non raggiunge più di 1000 W/m2. Parte dell'energia viene assorbita, parte si riflette nell'atmosfera e nelle nuvole. Una grande quantità di radiazione viene diffusa nell'atmosfera, con conseguente formazione di radiazione diffusa (diffusa). Sulla superficie terrestre parte della radiazione viene riflessa e convertita in radiazione diffusa. La somma della radiazione diffusa e diretta è chiamata radiazione solare totale. La radiazione diffusa può variare dal 20 al 60%.

La quantità di energia che raggiunge la superficie terrestre è anche influenzata dalla latitudine e dalla stagione. L'asse del nostro pianeta, passante per i poli, è inclinato di 23,5° rispetto all'orbita di rotazione attorno al Sole. tra marzo

fino a settembre, la luce del sole cade più nell'emisfero settentrionale, il resto del tempo - nel sud. Pertanto, la lunghezza del giorno in estate e in inverno è diversa. La latitudine dell'area influisce sulla durata delle ore diurne. Il nord, più lungo in estate e viceversa.

Evoluzione del Sole

Si presume che il Sole sia nato in una nebulosa di gas e polveri collassata. Ci sono almeno due teorie su cosa abbia dato origine alla contrazione iniziale della nebulosa. Secondo uno di loro, si presume che uno dei bracci a spirale della nostra galassia sia passato attraverso la nostra regione dello spazio circa 5 miliardi di anni fa. Ciò potrebbe causare una leggera compressione e portare alla formazione di centri di gravità nella nuvola di gas-polvere. In effetti, ora vediamo un numero abbastanza elevato di giovani stelle e nubi di gas incandescente lungo i bracci a spirale. Un'altra teoria suggerisce che da qualche parte nelle vicinanze (sulla scala dell'Universo, ovviamente) sia esplosa un'antica supernova massiccia. L'onda d'urto risultante potrebbe essere abbastanza forte da avviare la formazione stellare nella "nostra" nebulosa gas-polvere. Questa teoria è supportata dal fatto che gli scienziati, studiando i meteoriti, hanno scoperto alcuni elementi che potrebbero essersi formati in un'esplosione di supernova.

Inoltre, quando una massa così grandiosa (2 * 1030 kg) è stata compressa sotto l'azione delle forze gravitazionali, si è riscaldata dalla pressione interna a temperature alle quali le reazioni termonucleari potrebbero iniziare nel suo centro. Nella parte centrale, la temperatura del Sole è di 15.000.000 K e la pressione raggiunge centinaia di miliardi di atmosfere. Ecco come si è accesa la stella appena nata (da non confondere con le nuove stelle).

Fondamentalmente, il Sole all'inizio della sua vita era costituito da idrogeno. È l'idrogeno nel corso delle reazioni termonucleari che si trasforma in elio, mentre viene liberata l'energia emessa dal Sole. Il sole appartiene a un tipo di stella chiamato nane gialle. È una stella di sequenza principale e appartiene al tipo spettrale G2. La massa di una stella solitaria determina abbastanza chiaramente il suo destino. Durante la sua vita (~ 5 miliardi di anni), al centro della nostra stella, dove la temperatura è abbastanza alta, si è bruciata circa la metà di tutto l'idrogeno disponibile. Per circa lo stesso tempo, 5 miliardi di anni, il Sole viene lasciato vivere nella forma a cui siamo abituati.

Dopo che l'idrogeno si sarà esaurito al centro della stella, il Sole aumenterà di dimensioni e diventerà una gigante rossa. Questo avrà un profondo effetto sulla Terra: la temperatura aumenterà, gli oceani ribolliranno, la vita diventerà impossibile. Quindi, avendo esaurito del tutto il "carburante" e non avendo più la forza di contenere gli strati esterni della gigante rossa, la nostra stella finirà la sua vita come una nana bianca, deliziando sconosciuti astronomi extraterrestri del futuro con una nuova nebulosa planetaria, la cui forma può risultare molto bizzarra a causa dell'influenza dei pianeti.

Morte del Sole nel tempo

Già dopo 1,1 miliardi di anni, il luminare aumenterà la sua luminosità del 10%, il che comporterà un forte riscaldamento della Terra.
Dopo 3,5 miliardi di anni, la luminosità aumenterà del 40%. Gli oceani inizieranno ad evaporare e verrà la fine di tutta la vita sulla Terra.
Dopo 5,4 miliardi di anni, il nucleo della stella finirà il carburante: l'idrogeno. Il sole inizierà ad aumentare di dimensioni, a causa della rarefazione del guscio esterno e del riscaldamento del nucleo.
Dopo 7,7 miliardi di anni, la nostra stella si trasformerà in una gigante rossa, perché aumentare di 200 volte a causa di ciò, il pianeta Mercurio verrà assorbito.
Alla fine, dopo 7,9 miliardi di anni, gli strati esterni della stella saranno così assottigliati che si disintegreranno in una nebulosa e al centro dell'ex Sole ci sarà un piccolo oggetto: una nana bianca. È così che il nostro sistema solare terminerà la sua esistenza. Tutti gli elementi costruttivi rimasti dopo la disintegrazione non scompariranno, diventeranno la base per la nascita di nuove stelle e pianeti.

Le stelle più comuni nell'universo sono le nane rosse. La maggior parte di ciò è dovuto alla loro massa ridotta, che consente loro di vivere a lungo prima di trasformarsi in nane bianche.
Quasi tutte le stelle dell'universo hanno la stessa composizione chimica e la reazione di fusione nucleare avviene in ogni stella ed è praticamente identica, essendo determinata solo dall'apporto di combustibile.
Come sappiamo, come la nana bianca, le stelle di neutroni sono uno dei processi finali dell'evoluzione stellare, in gran parte derivanti dall'esplosione di una supernova. In precedenza, era spesso difficile distinguere una nana bianca da una stella di neutroni, ma ora gli scienziati che utilizzano i telescopi hanno trovato differenze in esse. Una stella di neutroni raccoglie più luce intorno a sé, e questo è facile da vedere con i telescopi a infrarossi. Ottavo posto tra le curiosità sulle stelle.
A causa della sua incredibile massa, secondo la teoria della relatività generale di Einstein, un buco nero è in realtà una curva nello spazio tale che ogni cosa all'interno del loro campo gravitazionale viene spinta verso di essa. Il campo gravitazionale del buco nero è così forte che nemmeno la luce può sfuggirgli.
Per quanto ne sappiamo, quando una stella esaurisce il carburante, una stella può crescere di dimensioni più di 1000 volte, quindi si trasforma in una nana bianca ed esplode a causa della velocità di reazione. Questa reazione è più comunemente nota come supernova. Gli scienziati suggeriscono che in connessione con questo lungo processo si formano buchi neri così misteriosi.
Molte delle stelle che vediamo nel cielo notturno possono apparire come un barlume di luce. Tuttavia, questo non è sempre il caso. La maggior parte delle stelle che vediamo nel cielo sono in realtà due sistemi stellari o sistemi binari. Sono semplicemente inimmaginabilmente lontani e ci sembra di vedere solo un granello di luce.
Le stelle con la durata di vita più breve sono le più massicce. Sono un'elevata massa di sostanze chimiche e tendono a bruciare il carburante molto più velocemente.
Nonostante il fatto che a volte ci sembra che il Sole e le stelle stiano scintillando, in realtà non lo sono. L'effetto scintillante è solo la luce di una stella che sta attraversando l'atmosfera terrestre in questo momento, ma non ha ancora raggiunto i nostri occhi. Terzo posto tra i fatti più interessanti sulle stelle.
Le distanze necessarie per valutare la distanza da una stella sono inimmaginabilmente enormi. Considera un esempio: la stella più vicina alla Terra dista circa 4,2 anni luce e ci vorranno circa 70.000 anni per raggiungerla, anche sulla nostra nave più veloce.
La stella più fredda conosciuta è la nana bruna CFBDSIR 1458 + 10B, che ha una temperatura di soli 100°C circa. La stella più calda conosciuta è una super gigante blu situata nella Via Lattea chiamata "Zeta Stern" con una temperatura di oltre 42.000°C.

Il sole è fonte di calore e luce, dona forza e salute. Tuttavia, il suo impatto non è sempre positivo. La mancanza di energia o il suo eccesso possono sconvolgere i processi naturali della vita e provocare vari problemi. Molte persone credono che la pelle abbronzata sia molto più bella della pelle pallida, ma se trascorri molto tempo alla luce diretta del sole, puoi ottenere gravi ustioni. La radiazione solare è un flusso di energia in entrata che si propaga sotto forma di onde elettromagnetiche che viaggiano attraverso l'atmosfera. Si misura dalla potenza dell'energia che trasporta per unità di superficie (watt/m2). Sapendo come il sole colpisce una persona, puoi prevenirne gli effetti negativi.

Cos'è la radiazione solare?

Sono stati scritti molti libri sul sole e la sua energia. Il sole è la principale fonte di energia per tutti i fenomeni fisici e geografici sulla Terra.... Una duemiliardesima parte della luce penetra negli strati superiori dell'atmosfera del pianeta, mentre la maggior parte si deposita nello spazio mondiale.

I raggi di luce sono le fonti primarie di altri tipi di energia. Salendo sulla superficie della terra e nell'acqua, si trasformano in calore, influenzano le caratteristiche climatiche e il tempo.

Il grado di esposizione umana ai raggi luminosi dipende dal livello di radiazione e dal periodo trascorso sotto il sole. Molti tipi di onde le persone usano a proprio vantaggio, usando raggi X, raggi infrarossi e ultravioletti. Tuttavia, le onde solari pure in grandi quantità possono influire negativamente sulla salute umana.

La quantità di radiazioni dipende da:

la posizione del sole. La maggior quantità di esposizione alle radiazioni si verifica nelle pianure e nei deserti, dove il solstizio è piuttosto alto e il tempo è sereno. Le regioni polari ricevono la quantità minima di luce, poiché la nuvolosità assorbe una parte significativa del flusso luminoso;
la lunghezza della giornata. Più vicino all'equatore, più lunga è la giornata. È qui che le persone ottengono più calore;
proprietà dell'atmosfera: nuvolosità e umidità. All'equatore c'è un aumento della nuvolosità e dell'umidità, che è un ostacolo al passaggio della luce. Ecco perché la quantità di flusso luminoso è inferiore rispetto alle zone tropicali.

Distribuzione

La distribuzione della luce solare sulla superficie terrestre non è uniforme e dipende da:

densità e umidità dell'atmosfera. Più sono grandi, minore è l'esposizione;
la latitudine geografica della zona. La quantità di luce ricevuta sale dai poli all'equatore;
movimento della terra. La quantità di radiazione varia con la stagione;
caratteristiche della superficie terrestre. Una grande quantità di luce si riflette su superfici di colore chiaro come la neve. Il più debolmente riflette l'energia luminosa in chernozem.

A causa della lunghezza del suo territorio, il livello di radiazioni in Russia varia notevolmente. L'irraggiamento solare nelle regioni settentrionali è approssimativamente lo stesso - 810 kWh / m2 per 365 giorni, nelle regioni meridionali - più di 4100 kWh / m2.

Anche la durata delle ore durante le quali splende il sole è importante.... Questi indicatori sono diversi nelle diverse regioni, il che è influenzato non solo dalla latitudine geografica, ma anche dalla presenza di montagne. Sulla mappa della radiazione solare in Russia, è chiaramente visibile che in alcune regioni non è consigliabile installare linee di alimentazione, poiché la luce naturale è abbastanza in grado di soddisfare le esigenze dei residenti di elettricità e calore.

tipi

I flussi di luce raggiungono la Terra in modi diversi. I tipi di radiazione solare dipendono da questo:

I raggi che emanano dal sole sono chiamati radiazione diretta.... La loro forza dipende dall'altezza del sole sopra l'orizzonte. Il livello massimo si osserva a mezzogiorno, il minimo - al mattino e alla sera. Inoltre, l'intensità dell'impatto ha una relazione con la stagione: la più alta si verifica in estate, la più bassa in inverno. È caratteristico che in montagna il livello di radiazione sia più alto che sulle superfici piane. Inoltre, l'aria sporca riduce il flusso luminoso diretto. Più basso è il sole sopra l'orizzonte, minore è la radiazione ultravioletta.
La radiazione riflessa è la radiazione riflessa dall'acqua o dalla superficie terrestre.
La radiazione solare diffusa è formata dalla dispersione del flusso luminoso. È su di esso che il colore blu del cielo dipende dal tempo senza nuvole.

La radiazione solare assorbita dipende dalla riflettività della superficie terrestre - albedo.

La composizione spettrale della radiazione è varia:

i raggi colorati o visibili forniscono illuminazione e sono di grande importanza nella vita delle piante;
la luce ultravioletta dovrebbe penetrare nel corpo umano con moderazione, poiché il suo eccesso o la sua mancanza possono essere dannosi;
l'irradiazione infrarossa dà una sensazione di calore e influenza la crescita della vegetazione.

La radiazione solare totale è costituita da raggi diretti e dispersi che penetrano nella terra... In assenza di nubi, intorno alle 12, e anche nella stagione estiva, raggiunge il suo massimo.

Le storie dei nostri lettori

Vladimir
61 anni

Come avviene l'impatto

Le onde elettromagnetiche sono costituite da diverse parti. Ci sono raggi infrarossi invisibili e raggi ultravioletti visibili. È caratteristico che i flussi di radiazioni abbiano una struttura energetica diversa e colpiscano le persone in modi diversi.

Il flusso luminoso può avere un effetto benefico e curativo sullo stato del corpo umano... Passando attraverso gli organi visivi, la luce regola il metabolismo, i modelli di sonno e influisce sul benessere generale di una persona. Inoltre, l'energia luminosa è in grado di produrre una sensazione di calore. Quando la pelle viene irradiata, nel corpo si verificano reazioni fotochimiche che contribuiscono al corretto metabolismo.

L'ultravioletto, con una lunghezza d'onda da 290 a 315 nm, ha un'elevata capacità biologica. Queste onde sintetizzano la vitamina D nel corpo e sono anche in grado di distruggere il virus della tubercolosi in pochi minuti, lo stafilococco aureo - entro un quarto d'ora, la febbre tifoide - in 1 ora.

È caratteristico che il tempo senza nuvole riduca la durata delle epidemie emergenti di influenza e altre malattie, ad esempio la difterite, che hanno la capacità di essere trasmesse da goccioline trasportate dall'aria.

Le forze naturali del corpo proteggono una persona da improvvise fluttuazioni atmosferiche: temperatura dell'aria, umidità, pressione. Tuttavia, a volte tale protezione è indebolita, il che, sotto l'influenza dell'elevata umidità, insieme all'aumento della temperatura, porta a shock termici.

L'effetto della radiazione è correlato al grado della sua penetrazione nel corpo. Più lunghe sono le onde, più forte è il potere di radiazione.... Le onde a infrarossi possono penetrare fino a 23 cm sotto la pelle, flussi visibili - fino a 1 cm, ultravioletti - fino a 0,5-1 mm.

Tutti i tipi di raggi vengono ricevuti dalle persone durante l'attività del sole, quando si trovano in spazi aperti. Le onde luminose consentono a una persona di adattarsi al mondo, motivo per cui, per garantire un benessere confortevole nelle stanze, è necessario creare le condizioni per un livello ottimale di illuminazione.

Esposizione umana

L'effetto della radiazione solare sulla salute umana è determinato da vari fattori. Ciò che conta è il luogo di residenza di una persona, il clima e la quantità di tempo trascorso sotto i raggi diretti.

Con la mancanza di sole tra gli abitanti dell'estremo nord, così come tra le persone le cui attività sono legate al lavoro sotterraneo, ad esempio i minatori, si osservano vari disturbi della vita, la forza ossea diminuisce e si verificano disturbi nervosi.

I bambini che non ricevono luce soffrono di rachitismo più spesso degli altri... Inoltre, sono più suscettibili alle malattie dentali e hanno anche una durata maggiore della tubercolosi.

Tuttavia, un'esposizione troppo lunga alle onde luminose senza un cambio periodico del giorno e della notte può essere dannosa per la salute. Ad esempio, gli abitanti dell'Artico spesso soffrono di irritabilità, stanchezza, insonnia, depressione e ridotta capacità lavorativa.

Le radiazioni nella Federazione Russa sono meno attive rispetto, ad esempio, in Australia.

Pertanto, le persone esposte a radiazioni a lungo termine:

sono inclini a un'alta probabilità di cancro della pelle;
hanno una maggiore tendenza alla pelle secca, che a sua volta accelera il processo di invecchiamento e la comparsa di pigmentazione e rughe precoci;
può soffrire di disabilità visiva, cataratta, congiuntivite;
avere un sistema immunitario indebolito.

La mancanza di vitamina D nell'uomo è una delle cause di neoplasie maligne, disordini metabolici, che portano ad un eccesso di peso corporeo, disturbi endocrini, disturbi del sonno, spossatezza fisica e cattivo umore.

Una persona che riceve sistematicamente la luce del sole e non abusa di prendere il sole, di regola, non ha problemi di salute:

ha un lavoro stabile del cuore e dei vasi sanguigni;
non soffre di malattie nervose;
ha un buon umore;
ha un metabolismo normale;
raramente si ammala.

Pertanto, solo un'assunzione dosata di radiazioni può avere un effetto positivo sulla salute umana.

Come proteggersi

Le radiazioni in eccesso possono provocare il surriscaldamento del corpo, ustioni e l'esacerbazione di alcune malattie croniche... Gli amanti del prendere il sole devono occuparsi dell'attuazione di semplici regole:

prendere il sole con cautela negli spazi aperti;
durante la stagione calda, nascondersi all'ombra sotto i raggi diffusi. Ciò è particolarmente vero per i bambini piccoli e gli anziani con tubercolosi e malattie cardiache.

Va ricordato che è necessario prendere il sole in un momento sicuro della giornata e anche non stare a lungo sotto il sole cocente. Inoltre, dovresti proteggere la testa dai colpi di calore indossando un cappello, occhiali da sole, indumenti chiusi e utilizzare vari prodotti per la protezione solare.

Radiazione solare in medicina

I flussi di luce sono attivamente utilizzati in medicina:

I raggi X sfruttano la capacità delle onde di attraversare i tessuti molli e il sistema scheletrico;
l'introduzione di isotopi consente di fissare la loro concentrazione negli organi interni, di rilevare molte patologie e focolai di infiammazione;
la radioterapia può distruggere la crescita e lo sviluppo di neoplasie maligne.

Le proprietà delle onde sono utilizzate con successo in molti dispositivi di fisioterapia:

I dispositivi con radiazione infrarossa sono utilizzati per la termoterapia di processi infiammatori interni, malattie ossee, osteocondrosi, reumatismi, grazie alla capacità delle onde di ripristinare le strutture cellulari.
I raggi ultravioletti possono influenzare negativamente gli esseri viventi, inibire la crescita delle piante e inibire microrganismi e virus.

Il valore igienico della radiazione solare è ottimo. I dispositivi ultravioletti sono utilizzati in terapia:

varie lesioni della pelle: ferite, ustioni;
infezioni;
malattie del cavo orale;
neoplasie oncologiche.

Inoltre, le radiazioni hanno un effetto positivo sul corpo umano nel suo insieme: possono dare forza, rafforzare il sistema immunitario e sopperire alla mancanza di vitamine.

La luce del sole è una fonte importante per soddisfare la vita umana. Una fornitura sufficiente di esso porta all'esistenza favorevole di tutti gli esseri viventi sul pianeta. Una persona non può ridurre il grado di radiazione, tuttavia, è in grado di proteggersi dai suoi effetti negativi.

LEZIONE 2.

RADIAZIONE SOLARE.

Piano:

1. Il valore della radiazione solare per la vita sulla Terra.

2. Tipi di radiazione solare.

3. Composizione spettrale della radiazione solare.

4. Assorbimento e dispersione della radiazione.

5.PAR (radiazione fotosinteticamente attiva).

6. Bilancio delle radiazioni.

1. La principale fonte di energia sulla Terra per tutti gli esseri viventi (piante, animali e umani) è l'energia del sole.

Il sole è una palla di gas con un raggio di 695300 km. Il raggio del Sole è 109 volte il raggio della Terra (6378,2 km equatoriale, 6356,8 km polare). Il sole è composto principalmente da idrogeno (64%) ed elio (32%). Il resto rappresenta solo il 4% della sua massa.

L'energia solare è la condizione principale per l'esistenza della biosfera e uno dei principali fattori di formazione del clima. A causa dell'energia del Sole, le masse d'aria nell'atmosfera sono in costante movimento, il che garantisce la costanza della composizione gassosa dell'atmosfera. Sotto l'influenza della radiazione solare, un'enorme quantità di acqua evapora dalla superficie dei serbatoi, del suolo e delle piante. Il vapore acqueo, trasportato dal vento dagli oceani e dai mari ai continenti, è la principale fonte di precipitazioni per la terra.

L'energia solare è una condizione indispensabile per l'esistenza di piante verdi, che convertono l'energia solare in sostanze organiche ad alta energia durante la fotosintesi.

La crescita e lo sviluppo delle piante è un processo di assimilazione e trasformazione dell'energia solare, pertanto la produzione agricola è possibile solo se l'energia solare viene fornita alla superficie terrestre. Uno scienziato russo ha scritto: “Dai al miglior chef tutta l'aria fresca, il sole, un intero fiume di acqua pulita quanto vuoi, chiedigli di fare zucchero, amido, grassi e cereali da tutto questo, e lui deciderà che stai ridendo a lui. Ma ciò che sembra assolutamente fantastico per una persona è senza ostacoli nelle foglie verdi delle piante sotto l'influenza dell'energia del Sole. " Si stima che 1 mq. un metro di foglie all'ora produce un grammo di zucchero. A causa del fatto che la Terra è circondata da un guscio continuo dell'atmosfera, i raggi del sole, prima di raggiungere la superficie terrestre, attraversano l'intero spessore dell'atmosfera, che in parte li riflette, in parte li disperde, cioè cambia la quantità e la qualità della luce solare che penetra sulla superficie terrestre. Gli organismi viventi sono sensibili ai cambiamenti nell'intensità dell'illuminazione creata dalla radiazione solare. A causa delle diverse reazioni all'intensità dell'illuminazione, tutte le forme di vegetazione sono divise in amanti della luce e tolleranti all'ombra. Un'illuminazione insufficiente nelle colture provoca, ad esempio, una debole differenziazione dei tessuti della paglia delle colture cerealicole. Di conseguenza, la resistenza e l'elasticità del tessuto diminuiscono, il che spesso porta all'allettamento del raccolto. Nelle colture di mais ispessite, a causa della scarsa illuminazione della radiazione solare, la formazione di pannocchie sulle piante è indebolita.

La radiazione solare influisce sulla composizione chimica dei prodotti agricoli. Ad esempio, il contenuto di zucchero di barbabietole e frutta, il contenuto proteico nel chicco di grano dipende direttamente dal numero di giorni di sole. La quantità di olio nei semi di girasole e di lino aumenta anche con l'aumento dell'arrivo della radiazione solare.

L'illuminazione della parte fuori terra delle piante influisce in modo significativo sull'assorbimento dei nutrienti da parte delle radici. In condizioni di scarsa illuminazione, il trasferimento degli assimilati alle radici rallenta e, di conseguenza, i processi biosintetici nelle cellule vegetali vengono inibiti.

L'illuminazione influenza anche l'aspetto, la distribuzione e lo sviluppo delle malattie delle piante. Il periodo di infezione si compone di due fasi, differenti tra loro in risposta al fattore luce. Il primo di questi - l'effettiva germinazione delle spore e la penetrazione del principio infettivo nei tessuti della coltura colpita - nella maggior parte dei casi non dipende dalla presenza e dall'intensità della luce. Il secondo, dopo la germinazione delle spore, è più attivo con una maggiore illuminazione.

L'effetto positivo della luce influisce anche sulla velocità di sviluppo del patogeno nella pianta ospite. Ciò è particolarmente evidente nei funghi ruggine. Più luce, più breve è il periodo di incubazione per la ruggine lineare del grano, la ruggine gialla dell'orzo, la ruggine del lino e dei fagioli, ecc. E questo aumenta il numero di generazioni del fungo e aumenta l'intensità della lesione. In condizioni di intensa illuminazione, questo patogeno aumenta la sua fertilità.

Alcune malattie si sviluppano più attivamente con un'illuminazione insufficiente, causando l'indebolimento delle piante e una diminuzione della loro resistenza alle malattie (agenti causali di vari tipi di marciume, in particolare le colture orticole).

Durata dell'illuminazione e degli impianti. Il ritmo della radiazione solare (alternanza delle parti chiare e scure della giornata) è il fattore ambientale più stabile e ricorrente di anno in anno. Come risultato di molti anni di ricerca da parte dei fisiologi, è stata stabilita la dipendenza della transizione delle piante allo sviluppo generativo da un certo rapporto tra la lunghezza del giorno e della notte. A questo proposito, le colture per reazione fotoperiodica possono essere classificate in gruppi: avere una giornata corta, il cui sviluppo è ritardato quando la durata della giornata è superiore a 10 ore. Una giornata corta favorisce l'allegagione dei fiori, mentre una giornata lunga lo impedisce. Tali colture includono soia, riso, miglio, sorgo, mais, ecc.;

una lunga giornata fino a 12-13 ore., richiedono un'illuminazione continua per il loro sviluppo. Il loro sviluppo è accelerato quando la durata della giornata è di circa 20 ore Queste colture comprendono segale, avena, frumento, lino, piselli, spinaci, trifoglio, ecc.;

lunghezza-neutra, il cui sviluppo non dipende dalla lunghezza del giorno, ad esempio pomodoro, grano saraceno, legumi, rabarbaro.

È stato riscontrato che per l'inizio della fioritura delle piante è necessaria una predominanza di una certa composizione spettrale nel flusso radiante. Le piante a giorno corto si sviluppano più velocemente quando i raggi blu-viola sono al massimo e le piante a giorno lungo sono rosse. La durata delle ore diurne (lunghezza astronomica del giorno) dipende dalla stagione e dalla latitudine. All'equatore, la lunghezza del giorno durante tutto l'anno è di 12 ore ± 30 minuti. Spostandosi dall'equatore ai poli dopo l'equinozio di primavera (21.03), la lunghezza del giorno aumenta a nord e diminuisce a sud. Dopo l'equinozio d'autunno (23.09), la distribuzione della lunghezza del giorno si inverte. Nell'emisfero settentrionale, il 22.06 ha il giorno più lungo, la cui durata è di 24 ore a nord del Circolo Polare Artico. Il giorno più corto nell'emisfero settentrionale è il 22.12, e oltre il Circolo Polare Artico nei mesi invernali il Sole non sorge al di sopra del orizzonte affatto. Alle medie latitudini, ad esempio a Mosca, la lunghezza del giorno varia dalle 7 alle 17,5 ore durante tutto l'anno.

2. Tipi di radiazione solare.

La radiazione solare è costituita da tre componenti: radiazione solare diretta, diffusa e totale.

RADIAZIONE SOLARE DIRETTAS - radiazione proveniente dal Sole nell'atmosfera e quindi sulla superficie terrestre sotto forma di fascio di raggi paralleli. La sua intensità si misura in calorie per cm2 al minuto. Dipende dall'altezza del sole e dallo stato dell'atmosfera (nuvolosità, polvere, vapore acqueo). La quantità annuale di radiazione solare diretta sulla superficie orizzontale del territorio di Stavropol è di 65-76 kcal / cm2 / min. Al livello del mare, con una posizione elevata del Sole (estate, mezzogiorno) e una buona trasparenza, l'irraggiamento solare diretto è di 1,5 kcal/cm2/min. Questa è la parte a onde corte dello spettro. Quando il flusso di radiazione solare diretta attraversa l'atmosfera, si verifica un suo indebolimento, causato dall'assorbimento (circa il 15%) e dalla dispersione (circa il 25%) di energia da parte di gas, aerosol, nuvole.

Il flusso di radiazione solare diretta che cade su una superficie orizzontale è chiamato insolazione S= S peccato ho- la componente verticale della radiazione solare diretta.

S – la quantità di calore ricevuta dalla superficie perpendicolare al raggio ,

ho – l'altezza del sole, cioè l'angolo formato dal raggio di sole con una superficie orizzontale .

Al confine dell'atmosfera, l'intensità della radiazione solare èCosì= 1,98 kcal/cm2/min. - secondo l'accordo internazionale del 1958. Ed è chiamata la costante solare. Sarebbe così in superficie se l'atmosfera fosse assolutamente trasparente.

Riso. 2.1. Il percorso del raggio di sole nell'atmosfera alle diverse altezze del Sole

RADIAZIONI DIFFUSED – Una parte della radiazione solare a causa della dispersione dell'atmosfera torna nello spazio, ma una parte significativa di essa entra nella Terra sotto forma di radiazione diffusa. Radiazione diffusa massima + 1 kcal/cm2/min. Si nota con un cielo limpido, se ci sono nuvole alte su di esso. Con un cielo nuvoloso, lo spettro della radiazione diffusa è simile a quello del sole. Questa è la parte a onde corte dello spettro. Lunghezza d'onda 0,17-4μm.

RADIAZIONE TOTALEQ- consiste in radiazione diffusa e diretta su una superficie orizzontale. Q= S+ D.

Il rapporto tra radiazione diretta e diffusa nella radiazione totale dipende dall'altezza del Sole, dalla nuvolosità e dall'inquinamento dell'atmosfera e dall'altezza della superficie sul livello del mare. Con un aumento dell'altezza del Sole, la frazione di radiazione diffusa in un cielo senza nuvole diminuisce. Più l'atmosfera è trasparente e più alto è il Sole, minore è la frazione di radiazione diffusa. Con nubi continue e dense, la radiazione totale consiste interamente di radiazione diffusa. In inverno, a causa della riflessione della radiazione dal manto nevoso e della sua diffusione secondaria nell'atmosfera, la proporzione della radiazione diffusa nella composizione totale aumenta notevolmente.

La luce e il calore ricevuti dalle piante dal Sole sono il risultato dell'azione della radiazione solare totale. Pertanto, i dati sulla quantità di radiazione ricevuta dalla superficie per giorno, mese, stagione di crescita e anno sono di grande importanza per l'agricoltura.

Radiazione solare riflessa. Albedo... La radiazione totale che raggiunge la superficie terrestre, parzialmente riflessa da essa, crea radiazione solare riflessa (RK), diretta dalla superficie terrestre nell'atmosfera. Il valore della radiazione riflessa dipende in gran parte dalle proprietà e dallo stato della superficie riflettente: colore, rugosità, umidità, ecc. La riflettività di qualsiasi superficie può essere caratterizzata dal valore del suo albedo (Ak), inteso come rapporto di radiazione solare riflessa sul totale. L'albedo è solitamente espresso in percentuale:

Le osservazioni mostrano che l'albedo di varie superfici varia entro limiti relativamente ristretti (10 ... 30%), ad eccezione della neve e dell'acqua.

L'albedo dipende dall'umidità del suolo, con un aumento in cui diminuisce, che è importante nel processo di modifica del regime termico dei campi irrigati. A causa della diminuzione dell'albedo, la radiazione assorbita aumenta quando il terreno viene inumidito. L'albedo delle varie superfici ha una variazione giornaliera e annuale ben pronunciata dovuta alla dipendenza dell'albedo dall'altezza del Sole. Il valore di albedo più basso si osserva intorno a mezzogiorno e durante l'anno - in estate.

La radiazione propria della Terra e la radiazione in arrivo dell'atmosfera. Radiazione efficace. La superficie terrestre, in quanto corpo fisico con una temperatura superiore allo zero assoluto (-273°C), è una sorgente di radiazione, che prende il nome di radiazione propria della Terra (E3). È diretto nell'atmosfera ed è quasi completamente assorbito dal vapore acqueo, dalle gocce d'acqua e dall'anidride carbonica nell'aria. La radiazione della Terra dipende dalla temperatura della sua superficie.

L'atmosfera, assorbendo una piccola quantità di radiazione solare e praticamente tutta l'energia emessa dalla superficie terrestre, si riscalda e, a sua volta, emette anche energia. Circa il 30% della radiazione atmosferica va nello spazio esterno e circa il 70% arriva sulla superficie della Terra e viene chiamata radiazione atmosferica in arrivo (Ea).

La quantità di energia emessa dall'atmosfera è direttamente proporzionale alla sua temperatura, anidride carbonica, ozono e nuvolosità.

La superficie terrestre assorbe quasi interamente questa radiazione in arrivo (del 90 ... 99%). Pertanto, è un'importante fonte di calore per la superficie terrestre oltre alla radiazione solare assorbita. Questa influenza dell'atmosfera sul regime termico della Terra è chiamata effetto serra o effetto serra per l'analogia esterna con l'azione dei vetri nelle serre e nelle serre. Il vetro trasmette bene i raggi del sole, riscaldando il terreno e le piante, ma trattiene l'irraggiamento termico del terreno e delle piante riscaldati.

La differenza tra la radiazione intrinseca della superficie terrestre e la radiazione in arrivo dall'atmosfera è chiamata radiazione effettiva: Eef.

Eef = E3-Ea

Nelle notti serene e leggermente nuvolose, l'irraggiamento efficace è molto maggiore che in quelle nuvolose, quindi il raffreddamento notturno della superficie terrestre è maggiore. Durante il giorno, è bloccato dalla radiazione totale assorbita, a causa della quale la temperatura superficiale aumenta. Allo stesso tempo, aumenta anche la radiazione efficace. La superficie terrestre alle medie latitudini perde 70 ... 140 W / m2 a causa della radiazione effettiva, che è circa la metà della quantità di calore che riceve dall'assorbimento della radiazione solare.

3. Composizione spettrale della radiazione.

Il sole, come fonte di radiazioni, ha una varietà di onde emesse. I flussi di energia radiante lungo la lunghezza d'onda sono convenzionalmente suddivisi in onda corta (X < 4 мкм) и длинноволновую (А. >4 μm) radiazione. Lo spettro della radiazione solare al confine dell'atmosfera terrestre è praticamente compreso tra le lunghezze d'onda di 0,17 e 4 micron e lo spettro della radiazione terrestre e atmosferica - da 4 a 120 micron. Di conseguenza, i flussi di radiazione solare (S, D, RK) si riferiscono alla radiazione a onde corte e la radiazione della Terra (£ 3) e dell'atmosfera (Ea) - alla radiazione a onde lunghe.

Lo spettro della radiazione solare può essere suddiviso in tre parti qualitativamente differenti: ultravioletto (Y< 0,40 мкм), видимую (0,40 мкм < Y < 0,75 μm) e infrarossi (0,76 μm < sì < 4 micron). Prima della parte ultravioletta dello spettro della radiazione solare si trova la radiazione a raggi X e oltre l'emissione radio infrarossa dal sole. Al limite superiore dell'atmosfera, la parte ultravioletta dello spettro rappresenta circa il 7% dell'energia della radiazione solare, 46 - visibile e 47% - infrarossa.

La radiazione emessa dalla Terra e dall'atmosfera si chiama radiazione infrarossa lontana.

L'effetto biologico dei diversi tipi di radiazioni sulle piante è diverso. Radiazioni ultraviolette rallenta i processi di crescita, ma accelera il passaggio delle fasi della formazione degli organi riproduttivi nelle piante.

L'importanza della radiazione infrarossa, che viene attivamente assorbito dall'acqua delle foglie e degli steli delle piante, consiste nel suo effetto termico, che influenza in modo significativo la crescita e lo sviluppo delle piante.

Radiazione infrarossa lontana produce solo un effetto termico sulle piante. La sua influenza sulla crescita e lo sviluppo delle piante è insignificante.

La parte visibile dello spettro solare, in primo luogo, crea illuminazione. In secondo luogo, la cosiddetta radiazione fisiologica (A, = 0,35 ... 0,75 micron), che viene assorbita dai pigmenti della foglia, coincide quasi con l'area della radiazione visibile (coprendo in parte l'area della radiazione ultravioletta ). La sua energia ha un importante valore normativo ed energetico nella vita delle piante. All'interno di questa parte dello spettro si distingue una regione di radiazione fotosinteticamente attiva.

4. Assorbimento e dispersione delle radiazioni nell'atmosfera.

Passando attraverso l'atmosfera terrestre, la radiazione solare viene attenuata a causa dell'assorbimento e della diffusione da parte dei gas atmosferici e degli aerosol. Allo stesso tempo, cambia anche la sua composizione spettrale. Con diverse altezze del sole e diverse altezze del punto di osservazione sopra la superficie terrestre, la lunghezza del percorso percorso dal raggio di sole nell'atmosfera non è la stessa. Con una diminuzione dell'altitudine, la parte ultravioletta della radiazione diminuisce in modo particolarmente forte, la parte visibile è leggermente inferiore e solo leggermente - la parte infrarossa.

La dispersione della radiazione nell'atmosfera avviene principalmente a seguito di continue fluttuazioni (fluttuazioni) della densità dell'aria in ogni punto dell'atmosfera, causate dalla formazione e distruzione di alcuni "cluster" (grumi) di molecole di gas atmosferici. La radiazione solare è anche dispersa da particelle di aerosol. L'intensità di diffusione è caratterizzata dal coefficiente di diffusione.

K = aggiungi formula.

L'intensità dello scattering dipende dal numero di particelle scattering per unità di volume, dalla loro dimensione e natura, nonché dalle lunghezze d'onda della radiazione diffusa stessa.

Più corta è la lunghezza d'onda, più diffusi sono i raggi. Ad esempio, i raggi viola sono diffusi 14 volte più forti di quelli rossi, il che spiega il colore blu del cielo. Come notato sopra (vedi Sezione 2.2), la radiazione solare diretta che passa attraverso l'atmosfera è parzialmente diffusa. In aria pulita e secca, l'intensità del coefficiente di scattering molecolare obbedisce alla legge di Rayleigh:

k = s /sì4 ,

dove C è un coefficiente dipendente dal numero di molecole di gas per unità di volume; X è la lunghezza d'onda diffusa.

Poiché le lunghezze d'onda lontane della luce rossa sono quasi il doppio delle lunghezze d'onda della luce viola, le prime sono disperse dalle molecole d'aria 14 volte meno delle seconde. Poiché l'energia iniziale (prima della diffusione) dei raggi viola è inferiore al blu e al blu, l'energia massima nella luce diffusa (radiazione solare diffusa) viene spostata sui raggi blu-blu, che determinano il colore blu del cielo. Pertanto, la radiazione diffusa è più ricca di raggi fotosinteticamente attivi rispetto alla radiazione diretta.

Nell'aria contenente impurità (piccole gocce d'acqua, cristalli di ghiaccio, particelle di polvere, ecc.), la diffusione è la stessa per tutte le aree della radiazione visibile. Pertanto, il cielo diventa biancastro (appare la foschia). Gli elementi nuvolosi (grandi goccioline e cristalli) non disperdono affatto i raggi del sole, ma li riflettono diffusamente. Di conseguenza, le nuvole illuminate dal Sole sono bianche.

5. PAR (radiazione fotosinteticamente attiva)

Radiazione fotosinteticamente attiva. Nel processo di fotosintesi non viene utilizzato l'intero spettro della radiazione solare, ma solo la sua

la parte situata nell'intervallo di lunghezze d'onda 0,38 ... 0,71 μm, - radiazione fotosinteticamente attiva (PAR).

È noto che la radiazione visibile, percepita dall'occhio umano come bianca, è costituita da raggi colorati: rosso, arancione, giallo, verde, blu, blu e viola.

L'assimilazione dell'energia della radiazione solare da parte delle foglie delle piante è selettiva (selettiva). Le foglie assorbono più intensamente i raggi blu-viola (X = 0,48 ... 0,40 μm) e rosso-arancio (X = 0,68 μm), meno - giallo-verde (A. = 0,58 ... 0,50 μm) e rosso lontano ( A.> 0,69 μm) raggi.

Alla superficie terrestre, l'energia massima nello spettro della radiazione solare diretta, quando il Sole è alto, cade nella regione dei raggi giallo-verdi (il disco solare è giallo). Quando il Sole è all'orizzonte, i raggi rossi lontani (il disco solare è rosso) hanno l'energia massima. Pertanto, l'energia della luce solare diretta è poco coinvolta nel processo di fotosintesi.

Poiché il PAR è uno dei fattori più importanti nella produttività delle piante agricole, le informazioni sulla quantità di PAR in entrata, tenendo conto della sua distribuzione nel territorio e nel tempo, sono di grande importanza pratica.

L'intensità del PAR può essere misurata, ma ciò richiede filtri di luce speciali che trasmettono solo onde nell'intervallo 0,38 ... 0,71 micron. Esistono tali dispositivi, ma non vengono utilizzati sulla rete di stazioni attinometriche, ma misurano l'intensità dello spettro integrale della radiazione solare. Il valore PAR può essere calcolato dai dati sull'arrivo della radiazione diretta, diffusa o totale utilizzando i coefficienti proposti da H. G. Tooming e:

Qfar = 0.43 S"+0,57D);

sono state compilate mappe di distribuzione delle quantità mensili e annuali di Pharma sul territorio della Russia.

Per caratterizzare il grado di utilizzo del PAR da parte delle colture si utilizza il fattore di efficienza del PAR:

KPIfar = (importoQ/ fari / quantitàQ/ fari) 100%,

dove sommaQ/ fari- la quantità di PAR, spesa per la fotosintesi durante la stagione di crescita delle piante; sommaQ/ fari- l'importo del PAR ricevuto per le colture durante questo periodo;

Le colture in base ai loro valori medi KPIFAR sono divise in gruppi (per): solitamente osservato - 0,5 ... 1,5%; buono-1.5 ... 3.0; registrare - 3,5 ... 5,0; teoricamente possibile - 6,0 ... 8,0%.

6. BILANCIO DELLA RADIAZIONE DELLA SUPERFICIE TERRESTRE

La differenza tra i flussi di energia radiante in entrata e in uscita è chiamata bilancio radiativo della superficie terrestre (B).

La parte in entrata del bilancio radiativo della superficie terrestre durante il giorno è costituita dalla radiazione solare diretta e diffusa, nonché dalla radiazione atmosferica. La parte consumabile della bilancia è la radiazione della superficie terrestre e la radiazione solare riflessa:

B= S / + D+ Ea- E3-Rk

L'equazione può essere scritta in un'altra forma: B = Q- RK - Eef.

Per la notte, l'equazione del bilancio di radiazione ha la seguente forma:

B = Ea - E3, o B = -Eef.

Se l'arrivo della radiazione è maggiore del consumo, allora il bilancio della radiazione è positivo e la superficie attiva * si riscalda. Con un saldo negativo, si raffredda. In estate il bilancio radiativo è positivo di giorno e negativo di notte. Il passaggio per lo zero avviene al mattino circa 1 ora dopo l'alba e la sera 1 ... 2 ore prima del tramonto.

Il bilancio annuale dell'irraggiamento nelle aree in cui si stabilisce un manto nevoso stabile ha valori negativi nella stagione fredda, e positivi nella stagione calda.

Il bilancio radiativo della superficie terrestre influisce in modo significativo sulla distribuzione della temperatura nel suolo e nello strato superficiale dell'atmosfera, nonché sui processi di evaporazione e scioglimento della neve, sulla formazione di nebbie e gelate e sui cambiamenti nelle proprietà delle masse d'aria ( loro trasformazione).

La conoscenza del regime di radiazione dei terreni agricoli consente di calcolare la quantità di radiazione assorbita dalle colture e dal suolo, in funzione dell'altezza del sole, della struttura della coltura e della fase di sviluppo della pianta. I dati sul regime sono anche necessari per la valutazione di vari metodi di regolazione della temperatura e dell'umidità del suolo, dell'evaporazione, da cui dipendono la crescita e lo sviluppo delle piante, la formazione del raccolto, la sua quantità e qualità.

La pacciamatura (copertura del terreno con un sottile strato di trucioli di torba, letame marcito, segatura, ecc.), La copertura del terreno con pellicola trasparente e l'irrigazione sono metodi agronomici efficaci per influenzare la radiazione e, di conseguenza, il regime termico dell'attivo superficie. Tutto ciò modifica la capacità riflettente e assorbente della superficie attiva.

* Superficie attiva: la superficie del suolo, dell'acqua o della vegetazione, che assorbe direttamente la radiazione solare e atmosferica ed emette radiazioni nell'atmosfera, regolando così il regime termico degli strati adiacenti di aria e degli strati sottostanti di suolo, acqua, vegetazione.

I raggi X provengono principalmente dagli strati superiori della cromosfera e della corona. La radiazione è particolarmente forte durante gli anni di massima attività solare.

Il sole emette non solo luce, calore e tutte le altre forme di radiazione elettromagnetica. È anche una fonte di un flusso costante di particelle - corpuscoli. Neutrini, elettroni, protoni, particelle alfa e nuclei atomici più pesanti costituiscono tutti insieme la radiazione corpuscolare del Sole. Una parte significativa di questa radiazione è un deflusso più o meno continuo di plasma - il vento solare, che è una continuazione degli strati esterni dell'atmosfera solare - la corona solare. Sullo sfondo di questo vento di plasma che soffia costantemente, le singole regioni del Sole sono fonti di flussi più diretti, intensificati, cosiddetti corpuscolari. Molto probabilmente sono associati a regioni speciali della corona solare - buchi coronali, nonché, forse, a regioni attive di lunga durata sul Sole. Infine, i brillamenti solari sono associati ai più potenti flussi a breve termine di particelle, principalmente elettroni e protoni. Come risultato dei brillamenti più potenti, le particelle possono acquisire velocità che costituiscono una frazione apprezzabile della velocità della luce. Le particelle con energie così elevate sono chiamate raggi cosmici solari.

Tipo