Ο ήλιος παίζει σημαντικό ρόλο για εμάς στη Γη. Παρέχει στον πλανήτη και σε οτιδήποτε βρίσκεται σε αυτόν σημαντικούς παράγοντες όπως το φως και η θερμότητα. Τι είναι όμως η ηλιακή ακτινοβολία, το φάσμα του ηλιακού φωτός, πώς επηρεάζουν όλα αυτά εμάς και το παγκόσμιο κλίμα συνολικά;
Τι είναι η ηλιακή ακτινοβολία;
Κακές σκέψεις συνήθως έρχονται στο μυαλό όταν σκέφτεστε τη λέξη "ακτινοβολία". Αλλά η ηλιακή ακτινοβολία είναι στην πραγματικότητα πολύ καλό πράγμα - είναι το φως του ήλιου! Κάθε ζωντανό ον στη Γη εξαρτάται από αυτόν. Είναι απαραίτητο για την επιβίωση, θερμαίνει τον πλανήτη, παρέχει τροφή στα φυτά.
Ηλιακή ακτινοβολία είναι όλο το φως και η ενέργεια που προέρχεται από τον ήλιο και υπάρχουν πολλές διαφορετικές μορφές της. Στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα διακρίνονται διαφορετικοί τύποι κυμάτων φωτός που εκπέμπονται από τον ήλιο. Είναι σαν τα κύματα που βλέπετε στον ωκεανό: κινούνται πάνω-κάτω και από το ένα μέρος στο άλλο. Το φάσμα της ηλιακής μελέτης μπορεί να έχει διαφορετικές εντάσεις. Διακρίνωυπεριώδη, ορατή και υπέρυθρη ακτινοβολία.
Το φως είναι κινούμενη ενέργεια
Το φάσμα της ηλιακής ακτινοβολίας μοιάζει μεταφορικά με ένα πληκτρολόγιο πιάνου. Το ένα άκρο του έχει χαμηλές νότες, ενώ το άλλο άκρο έχει ψηλές νότες. Το ίδιο ισχύει και για το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Το ένα άκρο έχει χαμηλές συχνότητες και το άλλο άκρο έχει υψηλές συχνότητες. Τα κύματα χαμηλής συχνότητας είναι μεγάλα για μια δεδομένη χρονική περίοδο. Αυτά είναι πράγματα όπως ραντάρ, τηλεόραση και ραδιοκύματα. Οι ακτινοβολίες υψηλής συχνότητας είναι κύματα υψηλής ενέργειας με μικρό μήκος κύματος. Αυτό σημαίνει ότι το ίδιο το μήκος κύματος είναι πολύ μικρό για μια δεδομένη χρονική περίοδο. Αυτές είναι, για παράδειγμα, οι ακτίνες γάμμα, οι ακτίνες Χ και οι υπεριώδεις ακτίνες.
Μπορείτε να το σκεφτείτε ως εξής: τα κύματα χαμηλής συχνότητας είναι σαν να ανεβαίνετε έναν λόφο με σταδιακή άνοδο, ενώ τα κύματα υψηλής συχνότητας είναι σαν να ανεβαίνετε γρήγορα έναν απότομο, σχεδόν κάθετο λόφο. Το ύψος κάθε λόφου είναι το ίδιο. Η συχνότητα ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος καθορίζει πόση ενέργεια μεταφέρει. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που είναι μεγαλύτερα και επομένως χαμηλότερες συχνότητες μεταφέρουν πολύ λιγότερη ενέργεια από εκείνα με μικρότερα μήκη κύματος και υψηλότερες συχνότητες.
Γι' αυτό οι ακτίνες Χ και η υπεριώδης ακτινοβολία μπορεί να είναι επικίνδυνες. Μεταφέρουν τόση πολλή ενέργεια που εάν εισέλθουν στο σώμα σας, μπορούν να βλάψουν τα κύτταρα και να προκαλέσουν προβλήματα όπως καρκίνο και αλλαγές στο DNA. Πράγματα όπως το ραδιόφωνο και τα υπέρυθρα κύματα, τα οποία μεταφέρουν πολύ λιγότερη ενέργεια, δεν έχουν πραγματικά καμία επίδρασημας καμία επιρροή. Αυτό είναι καλό, γιατί σίγουρα δεν θέλετε να θέσετε τον εαυτό σας σε κίνδυνο ανοίγοντας απλώς το στερεοφωνικό.
Το ορατό φως, το οποίο εμείς και άλλα ζώα μπορούμε να δούμε με τα μάτια μας, βρίσκεται σχεδόν στη μέση του φάσματος. Δεν βλέπουμε άλλα κύματα, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι δεν είναι εκεί. Στην πραγματικότητα, τα έντομα μπορούν να δουν το υπεριώδες φως, αλλά όχι το ορατό φως μας. Τα λουλούδια τους φαίνονται πολύ διαφορετικά από ό,τι σε εμάς, και αυτό τους βοηθά να ξέρουν ποια φυτά να επισκεφτούν και από ποια να μείνουν μακριά.
Πηγή όλης της ενέργειας
Θεωρούμε το φως του ήλιου ως δεδομένο, αλλά δεν χρειάζεται να είναι, γιατί, στην πραγματικότητα, όλη η ενέργεια στη Γη εξαρτάται από αυτό το μεγάλο, φωτεινό αστέρι στο κέντρο του ηλιακού μας συστήματος. Και ενώ βρισκόμαστε σε αυτό, θα πρέπει επίσης να πούμε ευχαριστώ στην ατμόσφαιρά μας, γιατί απορροφά μέρος της ακτινοβολίας πριν φτάσει σε εμάς. Είναι μια σημαντική ισορροπία: πολύ ηλιακό φως και η Γη ζεσταίνεται, πολύ λίγο και αρχίζει να παγώνει.
Περνώντας από την ατμόσφαιρα, το φάσμα της ηλιακής ακτινοβολίας κοντά στην επιφάνεια της Γης δίνει ενέργεια σε διάφορες μορφές. Αρχικά, ας δούμε τους διάφορους τρόπους μεταφοράς:
- Αγωγιμότητα (αγωγιμότητα) είναι όταν η ενέργεια μεταφέρεται από την άμεση επαφή. Όταν καίτε το χέρι σας με ένα ζεστό τηγάνι επειδή ξεχάσατε να φορέσετε ένα γάντι φούρνου, αυτό είναι αγωγιμότητα. Το μαγειρικό σκεύος μεταφέρει θερμότητα στο χέρι σας μέσω άμεσης επαφής. Επίσης, όταν τα πόδια σας αγγίζουν τα κρύα πλακάκια στο μπάνιο το πρωί, μεταφέρουν θερμότητα στο πάτωμα μέσω άμεσης επαφής -αγωγιμότητα σε δράση.
- Διάχυση είναι όταν η ενέργεια μεταφέρεται μέσω ρευμάτων σε ένα ρευστό. Μπορεί να είναι και αέριο, αλλά η διαδικασία είναι η ίδια πάντως. Όταν το υγρό θερμαίνεται, τα μόρια διεγείρονται, διασπείρονται και είναι λιγότερο πυκνά, με αποτέλεσμα να τείνουν να ανεβαίνουν. Καθώς κρυώνουν, πέφτουν ξανά κάτω, δημιουργώντας μια διαδρομή κυψελωτού ρεύματος.
- Ακτινοβολία (ακτινοβολία) είναι όταν η ενέργεια μεταδίδεται με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Σκεφτείτε πόσο καλό είναι να κάθεστε δίπλα σε μια φωτιά και να νιώθετε τη ζεστασιά του καλωσορίσματος να ακτινοβολεί από αυτήν προς εσάς - αυτή είναι η ακτινοβολία. Τα ραδιοκύματα, το φως και τα κύματα θερμότητας μπορούν να ταξιδέψουν από το ένα μέρος στο άλλο χωρίς τη βοήθεια υλικών.
Βασικά φάσματα ηλιακής ακτινοβολίας
Ο ήλιος έχει διαφορετική ακτινοβολία: από ακτίνες Χ έως ραδιοκύματα. Η ηλιακή ενέργεια είναι φως και θερμότητα. Η σύνθεσή του:
- 6-7% UV φως,
- περίπου 42% του ορατού φωτός,
- 51% NIR.
Λαμβάνουμε ηλιακή ενέργεια σε ένταση 1 κιλοβάτ ανά τετραγωνικό μέτρο στο επίπεδο της θάλασσας για πολλές ώρες την ημέρα. Περίπου το ήμισυ της ακτινοβολίας βρίσκεται στο ορατό τμήμα μικρού μήκους κύματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Το άλλο μισό είναι στο κοντινό υπέρυθρο και λίγο στο υπεριώδες.
UV ακτινοβολία
Είναι η υπεριώδης ακτινοβολία στο ηλιακό φάσμα που έχει ένταση μεγαλύτερη από άλλες: έως 300-400 nm. Το τμήμα αυτής της ακτινοβολίας που δεν απορροφάται από την ατμόσφαιραπροκαλεί ηλιακό έγκαυμα ή ηλιακό έγκαυμα για άτομα που βρίσκονται στο φως του ήλιου για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Η υπεριώδης ακτινοβολία στο ηλιακό φως έχει θετικές και αρνητικές επιπτώσεις στην υγεία. Είναι μια σημαντική πηγή βιταμίνης D.
Ορατή ακτινοβολία
Η ορατή ακτινοβολία στο ηλιακό φάσμα έχει μέση ένταση. Οι ποσοτικές εκτιμήσεις της ροής και οι διακυμάνσεις στη φασματική κατανομή της στο ορατό και κοντά στο υπέρυθρο εύρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον στη μελέτη των ηλιακών-γήινων επιπτώσεων. Η περιοχή από 380 έως 780 nm είναι ορατή με γυμνό μάτι.
Ο λόγος είναι ότι το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας της ηλιακής ακτινοβολίας συγκεντρώνεται σε αυτό το εύρος και καθορίζει τη θερμική ισορροπία της ατμόσφαιρας της Γης. Το φως του ήλιου είναι ένας βασικός παράγοντας στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, η οποία χρησιμοποιείται από τα φυτά και άλλους αυτότροφους οργανισμούς για τη μετατροπή της φωτεινής ενέργειας σε χημική ενέργεια που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο για το σώμα.
Υπέρυθρη ακτινοβολία
Το υπέρυθρο φάσμα, το οποίο εκτείνεται από 700nm έως 1.000.000nm (1mm), περιέχει ένα σημαντικό μέρος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που φτάνει στη Γη. Η υπέρυθρη ακτινοβολία στο ηλιακό φάσμα έχει τρεις τύπους έντασης. Οι επιστήμονες χωρίζουν αυτό το εύρος σε 3 τύπους με βάση το μήκος κύματος:
- A: 700-1400 nm.
- B: 1400-3000 nm.
- C: 3000-1mm.
Συμπέρασμα
ΠολλάΤα ζώα (συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων) έχουν ευαισθησία στην περιοχή περίπου 400-700 nm και το χρησιμοποιήσιμο φάσμα έγχρωμης όρασης στους ανθρώπους, για παράδειγμα, είναι περίπου 450-650 nm. Εκτός από τα φαινόμενα που εμφανίζονται κατά τη δύση και την ανατολή του ηλίου, η φασματική σύνθεση αλλάζει κυρίως σε σχέση με τον τρόπο με τον οποίο το ηλιακό φως προσπίπτει απευθείας στο έδαφος.
Κάθε δύο εβδομάδες, ο Ήλιος τροφοδοτεί τον πλανήτη μας με αρκετή ενέργεια για όλο το χρόνο. Από αυτή την άποψη, η ηλιακή ακτινοβολία θεωρείται όλο και περισσότερο ως εναλλακτική πηγή ενέργειας.
