تلعب الشمس دورًا مهمًا بالنسبة لنا على الأرض. يزود الكوكب وكل شيء فيه بعوامل مهمة مثل الضوء والحرارة. لكن ما هو الإشعاع الشمسي ، طيف ضوء الشمس ، كيف يؤثر كل هذا علينا وعلى المناخ العالمي ككل؟
ما هو الإشعاع الشمسي؟
عادة ما تخطر ببالك الأفكار السيئة عندما تفكر في كلمة "إشعاع". لكن الإشعاع الشمسي هو في الواقع شيء جيد جدًا - إنه ضوء الشمس! كل كائن حي على الأرض يعتمد عليه. ضروري للبقاء ، يسخن الكوكب ، يوفر الغذاء للنباتات.
الإشعاع الشمسي هو كل الضوء والطاقة الذي يأتي من الشمس ، وهناك العديد من أشكاله المختلفة. في الطيف الكهرومغناطيسي ، يتم تمييز أنواع مختلفة من موجات الضوء المنبعثة من الشمس. إنها مثل الأمواج التي تراها في المحيط: تتحرك صعودًا وهبوطًا ومن مكان إلى آخر. يمكن أن يكون طيف الدراسة الشمسية شدة مختلفة. يميزالأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء.
الضوء يحرك الطاقة
طيف الإشعاع الشمسي مجازيًا يشبه لوحة مفاتيح البيانو. يحتوي أحد طرفيه على نغمات منخفضة ، بينما يحتوي الطرف الآخر على ملاحظات عالية. الأمر نفسه ينطبق على الطيف الكهرومغناطيسي. أحد الطرفين له ترددات منخفضة والطرف الآخر له ترددات عالية. موجات التردد المنخفض طويلة لفترة زمنية معينة. هذه أشياء مثل موجات الرادار والتلفزيون والراديو. الإشعاعات عالية التردد هي موجات عالية الطاقة ذات طول موجي قصير. هذا يعني أن الطول الموجي نفسه قصير جدًا لفترة زمنية معينة. هذه ، على سبيل المثال ، أشعة جاما والأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية.
يمكنك التفكير في الأمر على هذا النحو: الموجات منخفضة التردد تشبه الصعود إلى أعلى التل مع الارتفاع التدريجي ، في حين أن الموجات عالية التردد تشبه الصعود إلى تلة شديدة الانحدار شبه عمودية بسرعة. ارتفاع كل تل هو نفسه. يحدد تردد الموجة الكهرومغناطيسية مقدار الطاقة التي تحملها. الموجات الكهرومغناطيسية الأطول وبالتالي الترددات المنخفضة تحمل طاقة أقل بكثير من الموجات ذات الأطوال الموجية الأقصر والترددات الأعلى.
لهذا السبب يمكن أن تكون الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية خطيرة. إنها تحمل الكثير من الطاقة لدرجة أنها إذا دخلت إلى جسمك ، فإنها يمكن أن تدمر الخلايا وتسبب مشاكل مثل السرطان وتغيرات الحمض النووي. أشياء مثل موجات الراديو والأشعة تحت الحمراء ، والتي تحمل طاقة أقل بكثير ، ليس لها أي تأثير عليهالنا أي تأثير. هذا جيد ، لأنك بالتأكيد لا تريد أن تعرض نفسك للخطر بمجرد تشغيل الستيريو.
الضوء المرئي ، الذي يمكننا نحن والحيوانات الأخرى رؤيته بأعيننا ، يقع تقريبًا في منتصف الطيف. لا نرى أي موجات أخرى ، لكن هذا لا يعني أنها غير موجودة. في الواقع ، يمكن للحشرات رؤية الأشعة فوق البنفسجية ، ولكن ليس الضوء المرئي لدينا. تبدو الأزهار مختلفة جدًا بالنسبة إليهم مقارنةً بنا ، وهذا يساعدهم في معرفة النباتات التي يجب زيارتها وأيها يجب الابتعاد عنها.
مصدر كل الطاقة
نحن نأخذ ضوء الشمس كأمر مسلم به ، لكن لا يجب أن يكون كذلك ، لأنه ، في الواقع ، كل الطاقة على الأرض تعتمد على هذا النجم الكبير الساطع في مركز نظامنا الشمسي. وأثناء وجودنا فيه ، يجب أن نقول أيضًا شكرًا لغلافنا الجوي ، لأنه يمتص بعض الإشعاع قبل أن يصل إلينا. إنه توازن مهم: الكثير من ضوء الشمس والأرض تصبح ساخنة وقليلة جدًا وتبدأ في التجمد.
يمر عبر الغلاف الجوي طيف الإشعاع الشمسي بالقرب من سطح الأرض يعطي الطاقة بأشكال مختلفة. أولاً ، لنلقِ نظرة على الطرق المختلفة لنقلها:
- الموصلية (التوصيل) هي عندما يتم نقل الطاقة من الاتصال المباشر. عندما تحرق يدك بمقلاة ساخنة لأنك نسيت ارتداء قفازات الفرن ، فهذا هو التوصيل. تنقل أواني الطهي الحرارة إلى يدك من خلال الاتصال المباشر. أيضًا ، عندما تلمس قدميك البلاط البارد في الحمام في الصباح ، فإنها تنقل الحرارة إلى الأرض من خلال الاتصال المباشر -الموصلية في العمل.
- التبديد هو عندما تنتقل الطاقة من خلال التيارات في سائل. يمكن أن يكون أيضًا غازًا ، لكن العملية هي نفسها على أي حال. عندما يتم تسخين السائل ، تكون الجزيئات متحمسة ومشتتة وأقل كثافة ، لذلك تميل إلى الارتفاع. عندما تبرد ، تسقط مرة أخرى ، مما يؤدي إلى إنشاء مسار تيار خلوي.
- الإشعاع يحدث عندما تنتقل الطاقة على شكل موجات كهرومغناطيسية. فكر في مدى روعة الجلوس بجوار النار والشعور بالدفء الترحيبي الذي يشع منه إليك - هذا هو الإشعاع. يمكن لموجات الراديو والضوء والحرارة الانتقال من مكان إلى آخر دون الاستعانة بأي مادة.
الأطياف الأساسية للإشعاع الشمسي
الشمس لها إشعاع مختلف: من الأشعة السينية إلى موجات الراديو. الطاقة الشمسية ضوء وحرارة. تكوينه:
- 6-7٪ ضوء الأشعة فوق البنفسجية ،
- حوالي 42٪ من الضوء المرئي ،
- 51٪ NIR.
نتلقى الطاقة الشمسية بكثافة 1 كيلو وات لكل متر مربع عند مستوى سطح البحر لعدة ساعات في اليوم. يقع حوالي نصف الإشعاع في الجزء المرئي ذي الطول الموجي القصير من الطيف الكهرومغناطيسي. النصف الآخر في الأشعة تحت الحمراء القريبة ، وقليلًا في الأشعة فوق البنفسجية.
الأشعة فوق البنفسجية
هي الأشعة فوق البنفسجية في الطيف الشمسي التي لها شدة أكبر من غيرها: تصل إلى 300-400 نانومتر. الجزء من هذا الإشعاع الذي لا يمتصه الغلاف الجويتسبب حروق الشمس أو حروق الشمس للأشخاص الذين تعرضوا لأشعة الشمس لفترات طويلة من الزمن. للأشعة فوق البنفسجية في ضوء الشمس آثار صحية إيجابية وسلبية. إنه مصدر رئيسي لفيتامين د.
الإشعاع المرئي
الإشعاع المرئي في الطيف الشمسي له شدة متوسطة. تعتبر التقديرات الكمية للتدفق والتغيرات في توزيعه الطيفي في نطاقات الأشعة تحت الحمراء المرئية والقريبة من الطيف الكهرومغناطيسي ذات أهمية كبيرة في دراسة التأثيرات الشمسية على الأرض. المدى من 380 إلى 780 نانومتر مرئي للعين المجردة.
السبب هو أن معظم طاقة الإشعاع الشمسي تتركز في هذا النطاق وتحدد التوازن الحراري للغلاف الجوي للأرض. ضوء الشمس هو عامل رئيسي في عملية التمثيل الضوئي ، والتي تستخدمها النباتات وغيرها من الكائنات ذاتية التغذية لتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية يمكن استخدامها كوقود للجسم.
الأشعة تحت الحمراء
طيف الأشعة تحت الحمراء ، الذي يمتد من 700 نانومتر إلى 1000000 نانومتر (1 مم) ، يحتوي على جزء مهم من الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يصل إلى الأرض. الأشعة تحت الحمراء في الطيف الشمسي لها ثلاثة أنواع من الشدة. يقسم العلماء هذا النطاق إلى 3 أنواع بناءً على الطول الموجي:
- أ: 700-1400 نانومتر.
- ب: 1400-3000 نانومتر.
- ج: 3000-1 مم.
الخلاصة
كثيرالحيوانات (بما في ذلك البشر) لديها حساسية في حدود 400-700 نانومتر ، وطيف رؤية الألوان القابل للاستخدام في البشر ، على سبيل المثال ، حوالي 450-650 نانومتر. بالإضافة إلى التأثيرات التي تحدث عند غروب الشمس وشروقها ، يتغير التركيب الطيفي بشكل أساسي فيما يتعلق بكيفية وصول ضوء الشمس المباشر إلى الأرض.
كل أسبوعين ، تزود الشمس كوكبنا بالطاقة الكافية طوال العام. في هذا الصدد ، يتم اعتبار الإشعاع الشمسي بشكل متزايد كمصدر بديل للطاقة.
