Контакты
Главная / Покраска

Спектр солнечного излучения: описание, особенности и интересные факты. Солнечные лучи: польза и вред

Солнце - главный источник энергии на Земле. Без него невозможным было бы существование жизни. И хотя все буквально вертится вокруг Солнца, мы очень редко задумываемся над тем, как работает наша звезда.

Структура Солнца

Чтобы понять, как работает Солнце, сначала нужно разобраться в его структуре.

  • Ядро.
  • Зона лучистого переноса.
  • Конвективная зона.
  • Атмосфера: фотосфера, хромосфера, корона, солнечный ветер.

Диаметр солнечного ядра составляет 150-175 000 км, около 20-25% солнечного радиуса. Температура ядра достигает 14 млн градусов по Кельвину. Внутри постоянно происходят термоядерные реакции с образованием гелия. Именно в ядре в результате данной реакции выделяется энергия, а так же тепло. Остальная часть Солнца нагрета этой энергией, она проходит сквозь все слои до фотосферы.

Зона лучистого переноса находится над ядром. Энергия переносится с помощью излучения фотонов и их поглощения.

Над зоной лучистого переноса находится конвективная зона. Здесь перенос энергии осуществляется не переизлучением, а переносом вещества. С высокой скоростью более холодное вещество фотосферы проникает в конвективную зону, а излучение из зоны лучистого переноса поднимается на поверхность - это и есть конвекция.

Фотосфера - это видимая поверхность Солнца. Из этого слоя исходит большая часть видимого излучения. В фотосферу уже не проникает излучение более глубоких слоев. Средняя температура слоя достигает 5778 К.

Хромосфера окружает фотосферу, она имеет красноватый оттенок. Из поверхности хромосферы постоянно происходят выбросы - спикулы.

Последняя внешняя оболочка нашей звезды - корона, состоящая из энергетических извержений и протуберанцев, образующих солнечный ветер, распространяющийся к самым дальним уголкам солнечной системы. Средняя температура короны - 1-2 млн К, но есть участки с 20 млн К.

Солнечный ветер - это поток ионизированных частиц, распространяющийся до границ гелиосферы со скоростью около 400 км/с. Многие явления на Земле связаны с солнечным ветром, например, полярное сияние и магнитные бури.

Солнечное излучение


Плазма Солнца обладает высокой электропроводностью, что способствует появлению электрических токов и магнитных полей.

Солнце - самый сильный излучатель электромагнитных волн в мире, который дает нам:

  • ультрафиолетовые лучи;
  • видимый свет - 44% солнечной энергии (преимущественно желто-зеленый спектр);
  • инфракрасные лучи - 48%;
  • рентгеновское излучение;
  • радиационное излучение.

Лишь 8% энергии отводится на ультрафиолетовое, рентгеновское и радиационное излучение. Видимый свет расположен между лучами инфракрасного и ультрафиолетового спектра.

Также Солнце является мощным источником радиоволн нетепловой природы. Помимо всевозможных электромагнитных лучей излучается постоянный поток частиц: электронов, протонов, нейтрино и так далее.

Все виды излучения оказывают свое влияние Землю. Именно это влияние мы ощущаем.

Воздействие УФ лучей

Ультрафиолетовые лучи воздействуют на Землю и все живые существа. Благодаря им существует озоновый слой, так как УФ-лучи разрушают кислород, который модифицируется в озон. Магнитное поле Земли в свою очередь формирует озоновый слой, который, как ни парадоксально, ослабляет силу воздействия УФ.

На живые организмы и окружающую среду ультрафиолет влияет многогранно:

  • способствует выработке витамина D;
  • обладает антисептическими свойствами;
  • вызывает появление загара;
  • усиливает работу кроветворных органов;
  • повышает свертываемость крови;
  • увеличивается щелочной резерв;
  • дезинфицирует поверхности предметов и жидкости;
  • стимулирует обменные процессы.

Именно ультрафиолетовое излучение способствует самоочищению атмосферы, устраняет смог, частицы дыма и пыли.

В зависимости от широты сила воздействия УФ излучения сильно изменяется.

Воздействие ИК лучей: почему и как Солнце греет

Все тепло на Земле - это инфракрасные лучи, которые появляются благодаря термоядерному синтезу водорода с образованием гелия. Эта реакция сопровождается огромным выбросом лучистой энергии. До земли доходит порядка 1000 Ватт на квадратный метр. Именно за это ИК излучение очень часто называют тепловым.

Удивительно, но Земля выступает в роли инфракрасного излучателя. Планета, а также облака поглощают ИК лучи, а затем переизлучают эту энергию обратно в атмосферу. Такие вещества как водяной пар, капли воды, метан, диоксид углерода, азот, некоторые соединения фтора и серы излучают ИК лучи во всех направлениях. Именно благодаря этому имеет место парниковый эффект, который поддерживает поверхность Земли в постоянно подогретом состоянии.

Инфракрасные лучи не только нагревают поверхности предметов и живых существ, но и оказывают другое влияние:

  • обеззараживают;
  • улучшают метаболизм;
  • стимулируют кровообращение;
  • снимают болевые ощущения;
  • нормализуют водно-солевой баланс;
  • укрепляют иммунитет.

Почему зимой Солнце греет слабо

Так как Земля вращается вокруг Солнца с некоторым наклоном оси, в разное время года происходит отклонение полюсов. В первой половине года Северный полюс повернут к Солнцу, в во второй - Южный. Соответственно, меняется угол воздействия солнечной энергии, а также мощность.

Солнце играет важную роль для нас на Земле. Оно обеспечивает планету и все, что на ней находится важными факторами, такими как свет и тепло. Но что такое солнечное излучение, спектр солнечного света, как все это влияет на нас и на глобальный климат в целом?

Что такое солнечная радиация?

Плохие мысли обычно приходят на ум, когда вы думаете о слове "радиация". Но солнечная радиация на самом деле очень хорошая вещь - это солнечный свет! Каждое живое существо на Земле зависит от него. Он необходим для выживания, согревает планету, обеспечивает питание для растений.

Солнечное излучение - это весь свет и энергия, которые исходят от солнца, и есть много различных его форм. В электромагнитном спектре различают различные типы световых волн, излучаемых солнцем. Они похожи на волны, которые вы видите в океане: они перемещаются вверх и вниз и из одного места в другое. Спектр солнечного изучения может иметь разную интенсивность. Различают ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение.

Свет - движущаяся энергия

Спектр солнечного излучения образно напоминает клавиатуру пианино. Один ее конец имеет низкие ноты, в то время как другой - высокие. То же самое относится и к электромагнитному спектру. Один конец имеет низкие частоты, а другой - высокие. Низкочастотные волны являются длинными в течение заданного периода времени. Это такие вещи, как радар, телевизор и радиоволны. Высокочастотные излучения - это высокоэнергетические волны с короткой длиной. Это означает, что длина самой волны очень коротка для данного периода времени. Это, например, гамма-лучи, рентгеновские и ультрафиолетовые лучи.

Вы можете думать об этом так: низкочастотные волны похожи на подъем на холм с постепенным поднятием, в то время как высокочастотные волны похожи на быстрый подъем на крутой, почти вертикальный холм. При этом высота каждого холма одинакова. Частота электромагнитной волны определяет, сколько энергии она несет. Электромагнитные волны, которые имеют большую длину и, следовательно, более низкие частоты, несут гораздо меньше энергии, чем с более короткими длинами и более высокими частотами.

Вот почему рентгеновские лучи и могут быть опасными. Они несут так много энергии, что, если попадают в ваше тело, могут повредить клетки и вызвать проблемы, такие как рак и изменение в ДНК. Такие вещи, как радио и инфракрасные волны, которые несут гораздо меньше энергии, на самом деле не оказывают на нас никакого влияния. Это хорошо, потому что вы, конечно, не хотите подвергать себя риску, просто включив стерео.

Видимый свет, который мы и другие животные можем видеть нашими глазами, расположен почти в середине спектра. Мы не видим никаких других волн, но это не значит, что их там нет. На самом деле, насекомые видят ультрафиолетовый свет, но не наш видимый. Цветы выглядят для них совсем по-другому, чем для нас, и это помогает им знать, какие растения посетить и от каких из них держаться подальше.

Источник всей энергии

Мы принимаем солнечный свет как должное, но так не обязано быть, потому что, по сути, вся энергия на Земле зависит от этой большой, яркой звезды в центре нашей Солнечной системы. И пока мы находимся в ней, мы должны также сказать спасибо нашей атмосфере, потому что она поглощает часть излучения, прежде чем оно достигнет нас. Это важный баланс: слишком много солнечного света, и на Земле становится жарко, слишком мало - и она начинает замерзать.

Проходя через атмосферу, спектр солнечного излучения у поверхности Земли дает энергию в разных формах. Для начала рассмотрим различные способы ее передачи:

  1. Проводимость (кондукция) - это когда энергия передается от прямого контакта. Когда вы обжигаете руку горячей сковородой, потому что забыли надеть прихватку, это проводимость. Посуда передает тепло вашей руке через прямой контакт. Кроме того, когда ваши ноги касаются холодной плитки в ванной утром, они переносят тепло на пол через прямой контакт - проводимость в действии.
  2. Рассеивание - это, когда энергия передается через токи в жидкости. Это также может быть и газ, но процесс в любом случае будет такой же. Когда жидкость нагрета, молекулы возбуждены, разрозненны и менее плотные, поэтому они стремятся вверх. Когда они остывают, снова падают вниз, создавая клеточный текущий путь.
  3. - это, когда энергия передается в виде электромагнитных волн. Подумайте о том, как хорошо сидеть рядом с костром и чувствовать, как приветственное тепло излучается от него к вам - это радиация. Радиоволны, световые и могут путешествовать, перемещаясь из одного места в другое без помощи каких-либо материалов.

Основные спектры солнечного излучения

Солнце обладает разным излучением: от рентгеновских лучей до радиоволн. Солнечная энергия - это свет и тепло. Его состав:

  • 6-7 % ультрафиолетового света,
  • около 42 % видимого света,
  • 51 % ближнего инфракрасного.

Мы получаем солнечной энергии при интенсивности 1 киловатт на квадратный метр на уровне моря в течение многих часов в день. Около половины излучения находится в видимой коротковолновой части электромагнитного спектра. Другая половина - в ближней инфракрасной, и немного в ультрафиолетовом отделе спектра.

Ультрафиолетовое излучение

Именно ультрафиолетовое излучение в солнечном спектре имеет интенсивность большую, чем другие: до 300-400 нм. Часть этого излучения, которое не поглощается атмосферой, производит загар или солнечный ожог для людей, которые были в солнечном свете в течение длительных периодов времени. Ультрафиолетовое излучение в солнечном свете имеет как положительные, так и отрицательные последствия для здоровья. Он является основным источником витамина D.

Видимое излучение

Видимое излучение в солнечном спектре имеет интенсивность среднего уровня. Количественные оценки потока и вариации его спектрального распределения в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах электромагнитного спектра представляют большой интерес при изучении солнечно-наземных воздействий. Диапазон от 380 до 780 нм виден невооруженным взглядом.

Причина в том, что основная часть энергии солнечной радиации сосредоточена в этом диапазоне и она определяет тепловое равновесие атмосферы Земли. Солнечный свет является ключевым фактором в процессе фотосинтеза, используемого растениями и другими автотрофными организмами для преобразования световой энергии в химическую, которая может быть использована в качестве топлива для организма.

Инфракрасное излучение

Инфракрасный спектр, который охватывает от 700 нм до 1 000 000 нм (1мм), содержит важную часть электромагнитного излучения, которое достигает Земли. Инфракрасное излучение в солнечном спектре имеет интенсивность трех видов. Ученые делят этот диапазон на 3 типа на основе длины волны:

  1. A: 700-1400 нм.
  2. B: 1400-3000 нм.
  3. C: 3000-1 мм.

Заключение

Многие животные (включая человека) имеют чувствительность в диапазоне от приблизительно 400-700 нм, и полезный спектр цветового зрения у человека, например, составляет примерно 450-650 нм. Помимо эффектов, которые возникают на закате и восходе солнца, спектральный состав изменяется, в первую очередь, по отношению к тому, как непосредственно солнечный свет попадает на землю.

Каждые две недели Солнце снабжает нашу планету таким количеством энергии, что ее хватает всем жителям на целый год. В связи с этим все чаще солнечное излучение рассматривают, как альтернативный источник энергии.

Солнце излучает свою энергию во всех длинах волн, но по-разному. Приблизительно 44% энергии излучения приходится на видимую часть спектра, а максимум соответствует желто-зеленому цвету. Около 48% энергии, теряемой Солнцем, уносят инфракрасные лучи ближнего и дальнего диапазона. На гамма-лучи, рентгеновское, ультрафиолетовое и радио излучение приходится лишь около 8%.

Видимая часть солнечного излучения при изучении с помощью спектроанализирующих приборов оказывается неоднородной – в спектре наблюдаются линии поглощения, впервые описанные Й.Фраунгофером в 1814 году. Эти линии возникают при поглощении фотонов определенных длин волн атомами различных химических элементах в верхних, относительно холодных, слоях атмосферы Солнца. Спектральный анализ позволяет получить информацию о составе Солнца, поскольку определенный набор спектральных линий исключительно точно характеризует химический элемент. Так, например, с помощью наблюдений спектра Солнца было предсказано открытие гелия, который на Земле был выделен позже.

В ходе наблюдений ученые выяснили, что Солнце – мощный источник радиоизлучения. В межпланетное пространство проникают радиоволны, которые излучает хромосфера (сантиметровые волны) и корона (дециметровые и метровые волны). Радиоизлучение Солнца имеет две составляющие – постоянную и переменную (всплески, «шумовые бури»). Во время сильных солнечных вспышек радиоизлучение Солнца возрастает в тысячи и даже миллионы раз по сравнению с радиоизлучением спокойного Солнца. Это радиоизлучение имеет нетепловую природу.

Рентгеновские лучи исходят в основном от верхних слоев хромосферы и короны. Особенно сильным излучение бывает в годы максимума солнечной активности.

Солнце излучает не только свет, тепло и все другие виды электромагнитного излучения. Оно также является источником постоянного потока частиц – корпускул. Нейтрино, электроны, протоны, альфа-частицы, а также более тяжелые атомные ядра все вместе составляют корпускулярное излучение Солнца. Значительная часть этого излучения представляет собой более или менее непрерывное истечение плазмы – солнечный ветер, являющийся продолжением внешних слоев солнечной атмосферы – солнечной короны. На фоне этого постоянно дующего плазменного ветра отдельные области на Солнце являются источниками более направленных, усиленных, так называемых корпускулярных потоков. Скорее всего они связаны с особыми областями солнечной короны – коронарными дырами, а также, возможно, с долгоживущими активными областями на Солнце. Наконец, с солнечными вспышками связанны наиболее мощные кратковременные потоки частиц, главным образом электронов и протонов. В результате наиболее мощных вспышек частицы могут приобретать скорости, составляющие заметную долю скорости света. Частицы с такими большими энергиями называются солнечными космическими лучами.

Солнечное корпускулярное излучение оказывает сильное влияние на Землю, и прежде всего на верхние слои ее атмосферы и магнитное поле, вызывая множество геофизических явлений. От вредного влияния излучения Солнца нас защищает магнитосфера и атмосфера Земли.

Многие из нас любят проводить время на солнце, кто-то хочет понежиться в теплых лучах, а кто-то гонится за хорошим загаром. Но полезно ли это для организма и как отражается на здоровье человека ? Узнайте о пользе и вреде солнечных лучей.

Польза солнечных лучей

Если с умом подойти к этому вопросу, то загар положительно отразится на вашем здоровье. Под воздействием солнечных лучей вырабатывается витамин D, который благоприятно воздействует на кости и зубы и способствует усвоению кальция.

Ультрафиолет благоприятно влияет на иммунную систему человека . Специалисты давно доказали, что на солнце замедляется рост раковых клеток. Организм во время воздействия солнечных лучей получает больше кислорода, что улучшает работу сердечной мышцы и приводит в порядок давление.

Любители солнца гораздо реже болеют и лучше справляются со стрессами. При воздействии солнечных лучей, в организме активизируют важные процессы, такие как дыхание, кровообращение, обмен веществ.

Вред солнечных лучей

Если проводить под прямыми солнечными лучами большое количество времени, то возрастает риск заболевания раком кожи. Не стоит забывать, что долгое нахождение под солнцем способствует преждевременному старению кожи. Чтобы избежать подобных проблем, используйте различные масла и крема, которые уберегут кожный покров от высушивания.

Нельзя забывать и о ожогах, желание быстро и сильно загореть может принести вам массу неудобств и навредить здоровью. Помните о риске получить тепловой удар, не забывайте, что при сильном солнцепеке, ваша голова должна быть прикрыта.

В какое время лучше всего загорать

Если вы приехали на отдых в теплые края и желаете загореть, помните первые 3-4 дня стоит воздержаться от долгих солнечных ванн. Это только навредит вам и вашей коже, а вместо бронзового загара, домой можно вернуться с ожогами.

Если говорить о времени, то нельзя забывать, что в период с 12:00 до 16:00 солнце наиболее активно и может навредить вашему организму. Загорать стоит до полудня, желательно до 11 часов. Самым благоприятным моментом считается время с 16:00 до 19:00. В это период, минимальный риск получить ожоги. Кроме того, вечерние солнечные лучи не повлияют на ваше зрение .

Как обезопасить себя от воздействия солнца

Прежде чем принимать солнечные ванны стоит позаботиться о защите. Обязательно приобретите головной убор с козырьком или широкими полями, чтобы избежать удара и ожогов на лице.

Не забывайте о солнцезащитном креме, который нужно нанести за пол часа, до выхода на улицу. За это время крем впитается и образуется защитная пленка. Наносить средство стоит каждые два часа.

Помните о ваших глазах, оберегайте их с помощью большого козырька или темных очков.

Будьте аккуратны со здоровьем, помните, что в погоне за загаром можно навредить своей коже. Наслаждайтесь солнышком с умом. Желаем вам удачи и не забывайте нажимать на кнопки и

28.07.2015 09:30

Говорят, что вера и серьезное намерение помогают сдвинуть горы. Поэтому неудивительно, что заговоры помогают решить жизненные...

Что, если собрать все видимое излучение Солнца в луч типа лазерного диаметром в метр и направить его на Землю?

Макс Шефер

Вот что описал Макс:

Оказавшись на пути луча, вы, разумеется, быстро умрете. И даже не «от чего-то», как обычно бывает, - вы просто превратитесь из биологического явления в физическое.

Когда луч света достигнет атмосферы, он за доли секунды нагреет воздух в точке попадания до миллионов градусов[ 1 ] . ↲ По Фаренгейту, Цельсию, Ранкину или Кельвину - совершенно не важно. ↳ Этот воздух превратится в плазму и станет рассеивать тепло во всех направлениях в виде рентгеновских лучей. Они будут нагревать окружающий воздух, превращая и его в плазму, которая будет излучать инфракрасный свет. Это как взрыв водородной бомбы, но куда интенсивнее.

Это излучение испарит все вокруг, превратит ближайшую область атмосферы в плазму и примется пожирать поверхность Земли.

Что, если вы окажетесь на другой стороне планеты? Вам все равно не выжить - при таком раскладе Земля обречена. Но от чего именно вы умрете?

Размера Земли хватит, чтобы защитить людей на обратной стороне от луча Макса, хоть и ненадолго. Сейсмические волны от разрушений тоже не сразу пройдут планету насквозь. Но вас все равно убьют не они. Земля - не идеальный щит.

Вас погубят сумерки.

Ночью темно [ ] , потому что Солнце светит на другую сторону планеты [ ] . Но темнота ночного неба не всегда абсолютна . Перед рассветом и после заката видно свечение, потому что атмосфера искривляет свет скрывшегося Солнца.

Если наш луч поразит Землю, в атмосферу вырвется спектр излучений от рентгеновского до теплового, так что стоит разобраться в том, как разные виды света взаимодействуют с воздухом.

Говоря об обычном свете, вы, возможно, слышали о рэлеевском рассеянии как ответе на вопрос «почему небо голубое?». Объяснение в целом верное, но ответ «потому что воздух голубой», пожалуй, даже лучше. Конечно, он голубой по множеству физических причин, но все обладает цветом по множеству физических причин[ 2 ] . ↲ На вопрос «почему Статуя Свободы зеленая?» мы ответим что-то вроде «статуя покрыта медью и когда-то была медного цвета, но со временем из-за окисления образовался слой карбоната меди, а он зеленый». Мы не станем говорить «статую делает зеленой рассеивание и поглощение света определенных частот молекулами поверхности».

Когда воздух нагревается, электроны теряют связь с ядрами атомов - получается плазма. Сквозь нее проходит поток радиации от луча, так что надо узнать, насколько эта плазма прозрачна для различных видов излучений. Здесь я хочу вспомнить статью Харриса Л. Мейера от 1964 года Расчеты прозрачности. Прошлое и будущее , ее вводный абзац - лучший среди всех работ по физике, что я видел:

Предпосылки к этой работе появились несколько миллиардов лет назад. Как только звезды начали формироваться, прозрачность стала одним из базовых параметров, определяющих структуру физического мира, в котором мы живем. А в последнее время, с развитием ядерного оружия, работающего при внутризвездных температурах, прозрачность становится также одним из базовых параметров, определяющих процессы, от которых мы все можем умереть.

Плазма лучше воздуха пропускает рентгеновские лучи. Они пройдут ее насквозь и нагреют благодаря эффекту Комптона и рождению пар . Но лучи быстро остановятся, как только соприкоснутся с неплазменным воздухом снаружи. Вот только плазменная сфера будет постоянно расширяться благодаря рентгеновским лучам от сверхнагретого воздуха вокруг луча. Новая плазма по краям добавит инфракрасного излучения в раскаляющий все на своем пути поток.

Кольцо тепла и света разнесется по планете, нагревая воздух и землю. С разогревом воздуха плазма и излучение будут все дальше распространяться за горизонт. Кроме того, часть атмосферы будет выбита лучом в космос и оттуда станет отражать свет обратно на планету.

Точная скорость, с которой радиация обогнет Землю, зависит от различных характеристик атмосферного рассеяния, но она неважна, если все это время Луна будет в четверти.

Когда устройство Макса включится, Луны не станет видно - освещающий ее солнечный свет будет собран в луче. После того как он коснется атмосферы, выглянет четверть Луны.

Когда луч из устройства Макса коснется атмосферы Земли, свет от точки контакта осветит Луну. В зависимости от позиции спутника и вашего расположения на поверхности планеты, один только отраженный лунный свет может запросто испепелить вас…

…а сумерки, окутав планету, принесут с собой последний закат[ 3 ] . ↲ Этой картинкой удобно досаждать определенным группам людей:

От полного уничтожения Землю могла бы спасти одна тонкость. Способен ли механизм Макса держать на мушке движущуюся цель? Если нет, планета уберется из-под удара всего за три минуты. Люди, правда, все равно изжарятся, атмосферы и поверхности станет заметно меньше, но основная масса Земли обугленной глыбой продолжит свой путь по орбите.

Нашему солнечному лучу смерти откроется дальний космос. Если годы спустя он достигнет другой планетной системы, то будет уже слишком рассеянным и не сможет ничего испепелить, но его яркости наверняка хватит, чтобы разогреть поверхности местных планет.


Может, сценарий Макса и обрек Землю на уничтожение, но - если это кого-то утешит - мы не обязательно умрем в одиночестве.