Солнечная энергия. Солнечная радиация - Солнце и Солнечная система
Благодаря сочетанию сверхвысоких давлений и температур в центральной области Солнца происходят ядерные реакции, при которых выделяется огромное количество энергии. Среднее количество вырабатываемой при ядерных реакциях энергии в расчете на грамм вещества в секунду составляет 1,92 эрга. Часть этой энергии идет на поддержание в центральной области сверхвысоких температур, необходимых для ядерных реакций, а остальная излучается Солнцем в межпланетное пространство. Мощность общего излучения Солнца 3,83?1026 Вт, из которых на Землю попадает около 2?1017 Вт, т. е. приблизительно одна двухмиллиардная часть. С 1 см2 поверхности Солнца в 1 сек. Излучается энергии 6000 Вт, или 6?1010 Эрг/см2Сек. Излучаемый Солнцем поток энергии уносит из него ежегодно 1,4?1013 т вещества. И хотя эта величина, по нашим земным понятиям, огромна, по сравнению с массой светила она ничтожна: потребуется невероятно огромное время, чтобы Солнце израсходовало на излучение энергии все свое вещество и таким образом перестало бы существовать. Но до такого состояния Солнца далеко - приблизительно 10 млрд. лет.
А. Б. Северный дает такое интересное сопоставление огромной мощности излучаемой Солнцем энергии с эффектом ее использования: "Ежесекундно теряемой Солнцем лучистой энергии достаточно, чтобы в течение часа растопить и довести до кипения 2,5 биллиона км3 льда, т. е. растопить слой льда вокруг Земли толщиной более 1000 км".
Исходящее из центральной области Солнца излучение по мере движения к внешним сферам перестраивается из коротковолнового в длинноволновое. Если в центре обычны Х-лучи, гамма - излучение, а затем рентгеновское, то в средних слоях солнечного шара преобладают ультрафиолетовые лучи, а в излучающей поверхности Солнца (в фотосфере) они оказываются трансформированными уже в волны светового диапазона излучения. В соответствии с диапазоном длин излучаемых поверхностью Солнца (фотосферой) электромагнитных волн ее температура принимается равной 5785 К или 5600 К.
Солнце генерирует и испускает в космическое пространство два основных потока энергии - электромагнитное излучение, или солнечную радиацию, и корпускулярное излучение, или солнечный ветер. Энергетические потоки обладают высокой мощностью в пределах близко расположенных от светила космических тел. Наоборот, до далеких от Солнца тел потоки энергии доходят сильно ослабленными, а потому их значение в энергетическом балансе планет становится меньшим. Тем не менее тепловое поле поверхности всех планет Солнечной системы создается почти исключительно солнечной радиацией, так как приход эндогенной энергии планет к поверхности крайне незначителен и многими природоведами применительно к Земле игнорируется. Вот почему для планет внутренней группы - Меркурия, Венеры, Земли и Марса - значение солнечной энергии особенно велико. Для сравнения природных условий на этих планетах необходимо ознакомится с мощностью потоков солнечной энергии и особенностью ее поглощения.
На планеты солнечная энергия поступает в виде потоков электромагнитного излучения (солнечной радиации) и корпускулярного излучения (солнечного ветра).
Значение для природной обстановки на планетах корпускулярного излучения достаточно не выяснено, что побуждает нас не входить в его рассмотрение, а роль солнечной энергии свести к воздействию солнечной радиации на природу планет.
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.
Согласно современной квантовой теории, излучение электромагнитной энергии Солнца, в том числе и света, происходит непрерывно, а порциями - квантами. Каждый квант несет определенную энергию. Она измеряется обычно электрон-вольтами (эВ). Электрон-вольт - это количество энергии, которая приобретает свободный электрон, ускоренный электрическим полем с разностью потенциалов в 1 вольт (В). Электрон-вольт равен 1,6?10-12 Эрг. Солнечные кванты могут изменить самую различную энергию - от миллионов электрон-вольт до миллионных долей электрон-вольта. Иначе говоря, кванты электромагнитного излучения могут различаться по энергии в миллиарды раз!
Электромагнитное излучение имеет волновой характер. Каждому кванту с определенной энергией свойственно волна излучения определенной длины. Электромагнитное излучение можно характеризовать не только в квантах разной мощности, но в соответствующих им длинах волн. Они измеряются в разных единицах длины: короткие волны квантов - ангстремами (A), что составляет 1/100 млн. часть сантиметра (10-8). Например, кванту с энергией в 1эВ соответствует длина волны ?=12400 A. Более длинные волны измеряют последовательно - миллиметрами, сантиметрами, дециметрами, метрами и километрами. Имеются и промежуточные единицы - микрометры (мкм)=104 A.
Совокупность всех видов квантов, расположенных последовательно с возрастанием их энергии, называется спектром электромагнитного излучения Солнца. Соответственно спектр солнечной радиации можно выразить через волны различной длины. Непрерывный спектр электромагнитного излучения, как показано в таблице 2, условно разделен по длине волн на диапазоны: гамма-излучение, рентгеновское, ультрафиолетовое; все это ультракоротковолновая радиация, характеризующаяся высокими значениями энергии и невосприятием ее человеческим глазом. Далее следует оптический, или световой, диапазон. За ним опять идут два невидимых диапазона электромагнитных волн - инфракрасный и радиоволн.
Дифференциация потока солнечной радиации по длине волн и энергии фотонов излучения (по М. М. Ермолаеву, 1969)
Таблица
Диапазон излучения |
Длина волн в ангстремах - (A)* |
Энергия фотонов (эВ)** |
Гамма-лучи |
<1 |
>104 |
Рентгеновское |
1-650 |
19,5 |
Ультрафиолетовое |
763-2 884 |
15,8-4,3 |
Оптический диапазон: | ||
Фиолетовое |
4 550 |
2,7 |
Голубое |
4 920 |
2,5 |
Зеленое |
5 500 |
2,2 |
Желтое |
5 880 |
2,1 |
Оранжевое |
6 470 |
1,9 |
Красное |
<7 600 |
1,6 |
Инфракрасное |
7 600-5?106 |
1,5 |
Радиоволны |
>5?106 |
Распределение энергии по спектру неравномерное. На всю коротковолновую часть спектра - от длин волн менее одного ангстрема до приблизительно 4000 A, т. е. на гамма-лучи, рентгеновские и ультрафиолетовые лучи,- приходится только 7% энергии солнечной радиации. На оптический диапазон спектра - электромагнитные волны в интервале длин 4000-7600 A - приходится 48% энергии. Именно к оптическому диапазону приурочен максимум излучения, соответствующей сине-зеленому интервалу световой гаммы излучения. Остальные 45% солнечной радиации содержатся в основном в инфракрасном излучении - в волнах длиннее 7600 A; из этого количества энергии лишь незначительная часть приходится на радиоизлучение.
Волны электромагнитного излучения в зависимости от своей длины и соответственно энергии обладают многими индивидуальными свойствами, что имеет важное значение для формирования природных условий на планетах. Далеко не все волн солнечной радиации воспринимаются нашим глазом, большая часть их остается невидимой. Другой особенностью волн является их проницаемость в газовую и водную среды.
Солнечная радиация формирует на поверхности планет внутренней группы тепловое поле. Оно возбуждает комплекс экзогенных процессов. Их количество и интенсивность зависят не столько от мощности поступающего на поверхность планеты потока солнечной энергии, сколько от поглощающей способности внешней области планет - воздушной и водной сред.
Например, Меркурий, наиболее близкая к светилу планета, облучается самым мощным потоком солнечной радиации. Но, не имея атмосферы и воды, он не использует эту энергию и переизлучает ее обратно в космос. Марс, планета чуть ли не в 4 раза более удаленная от Солнца, чем Меркурий, получает на единицу площади своей поверхности солнечной энергии примерно в 16 раз меньше, чем приходится на аналогичную площадь поверхности Меркурия. И тем не менее действующие на Марсе экзогенные процессы во много раз интенсивнее, чем на Меркурии. Причина этого в том, что на Марсе имеются хорошо поглощающие солнечную энергию среды - воздушная оболочка и своеобразная гидросфера, хотя и без жидкой вод. Но наиболее полно используется солнечная радиация на Земле, занимающей в Солнечной системе промежуточное место между Меркурием и Марсом, а потому и получающей средний по мощности поток энергии. Максимальному использованию Землей солнечной радиации способствует наличие плотной атмосферы и огромной массы воды, почти на 95% находящейся в самой активной фазе - в жидком состоянии.
Похожие статьи
-
Энергия Солнца - Солнце и его влияние на Землю
Благодаря сочетанию сверхвысоких давлений и температур в центральной области Солнца происходят ядерные реакции, при которых выделяется огромное...
-
Введение, Солнце - центральное тело солнечной системы - Солнечное излучение
Я узнала, что Солнце играет исключительную роль в жизни Земли. Солнце не только источник света и тепла, но и первоначальный источник многих других видов...
-
Солнце - центральное тело нашей планетной системы - Теория происхождения Солнечной системы
Солнце -- ближайшая к Земле звезда, представляющая собой раскаленный плазменный шар. Это гигантский источник энергии: мощность излучения его очень велика...
-
Солнечная постоянная - Солнце и Солнечная система
Энергия, получаемая Землей от Солнца, характеризуется солнечной постоянной. Солнечной постоянной называется величина, определяемая полной энергией,...
-
Солнце - центральное тело нашей планетной системы - Гипотезы о происхождении Солнечной системы
Солнце - ближайшая к Земле звезда, представляющая собой раскаленный плазменный шар. Это гигантский источник энергии: мощность излучения его очень велика...
-
О солнце и его энергии написаны сотни книг. О нем пишут физики и химики, астрономы и астрофизики, географы и геологи, биологи и инженеры. И в этом нет...
-
Гипотеза, выдвинутая в, в связи с обобщением фактических результатов, касающихся возможного макроскопического нелокального взаимодействия, содержит...
-
Солнце - источник энергии! - Солнце
О солнце и его энергии написаны сотни книг. О нем пишут физики и химики, астрономы и астрофизики, географы и геологи, биологи и инженеры. И в этом нет...
-
Введение, Эволюция Солнца и Солнечной системы - Солнце
Солнце звезда затмение Солнце играет исключительную роль в жизни Земли. Весь органический мир нашей планеты обязан Солнцу своим существованием. Солнце -...
-
Энергия солнечного света - Солнце
Электромагнитное излучение подвергается строгому отбору в земной атмосфере. Она прозрачна только для видимого света и ближних ультрафиолетового и...
-
Диаметр Солнца., Планеты земной группы. - Солнечная система
Точные измерения показывают, что диаметр Солнца не постоянная величина. Около пятнадцати лет назад астрономы обнаружили, что Солнце худеет и полнеет на...
-
Корпускулярное излучение (солнечный ветер) - Солнце и Солнечная система
Это поток плазм - раскаленного ионизированного газа солнечной короны, температура которого оценивается в 1 млн. градусов. Термин "корпускулярное...
-
Солнечная активность - Солнце и Солнечная система
Солнечная активность - совокупность явлений, периодически возникающих в солнечной атмосфере (пятна, факелы, протуберанцы, вспышки и др.). Проявления...
-
Солнечная корона - Солнце и Солнечная система
Самая внешняя и очень разряженная часть солнечной атмосферы - Корона , прослеживающаяся от солнечного лимба до расстояний в десятки солнечных радиусов....
-
Фотосфера - Солнце и Солнечная система
Фотосфера - это нижний из трех слоев атмосферы Солнца, расположенный непосредственно на плотной массе невидимого газа конвективной области. Толщина...
-
Строение Солнечной системы - Солнце и Солнечная система
Солнце и находящиеся в поле его тяготения планеты и их спутники, астероиды, кометы и другие тела образуют одну из бесчисленных вращающихся систем...
-
Введение, Происхождение Солнечной системы - Солнце и Солнечная система
Солнце играет исключительную роль в жизни Земли. Весь органический мир нашей планеты обязан Солнцу своим существованием. Солнце - не только источник...
-
Строение Солнечной системы, Солнце - Общие характеристики Солнечной системы
Как известно, Солнечная система представляет собой большую семью, состоящую из Солнца, планет и их спутников, комет, астероидов, большого количества...
-
Оптическое поглощение пылью - Строение Солнечной системы
Конечно, космические пылинки приводят к ослаблению света звезд, рассеивая и поглощая их излучение. Межзвездное поглощение света проявляется в виде...
-
Солнце - Характеристика планет Солнечной системы
Ближайшая к Земле звезда. Карлик главной последовательности диаграммы Герцшпрунга-Рессела. Среднее расстояние от Земли (астрономическая единица или а....
-
СОЛНЕЧНАЯ КОРОНА - Солнце, его строение и особенности
Солнечная корона - самая внешняя и наиболее разреженная часть солнечной атмосферы, простирающаяся на несколько (более 10) солнечных радиусов. До 1931...
-
О том, что на Солнце бывают пятна, люди узнали уже очень давно. В древних русских и китайских летописях, а также в хрониках других народов не редко...
-
Солнце - Строение Солнечной системы
Солнце - ближайшая к нам звезда. Расстояние до него по астрономическим меркам невелико: лишь 8 минут идет свет от Солнца до Земли. Это звезда, которая...
-
Совокупность нестационарных явлений на Солнце. К этим явлениям относятся солнечные пятна, солнечные вспышки, факелы, флоккулы, протуберанцы, корональные...
-
Солнечные пятна - Солнце и Солнечная система
Еще задолго до изобретения телескопа люди замечали на неярком заходящем Солнце или на Солнце, видимом сквозь легкие облака, темные пятна. Прежде не...
-
Всегда ли Земля находится на одинаковом расстоянии от Солнца? - Место Земли в Солнечной системе
Знаете ли вы, почему зимой холодно, а летом жарко? Смена времен года вызвана изменением положения земной оси относительно Солнца. Это происходит во время...
-
Основные слои в атмосфере Солнца - Солнце и Солнечная система
Солнце - центральное тело Солнечной системы - представляет собой очень горячий плазменный шар. Солнце - ближайшая к земле звезда. Свет от него доходит до...
-
Меркурий - планета Солнечной системы
Диаметр 4878 км. Масса 3,28*1023 Кг. Плотность 5500 кгм3. Период вращения 58,7 суток. Среднее расстояние от Солнца 0,39 а. е. Период обращения 88 суток....
-
Солнце как звезда - Физика солнечных явлений
Рис. 1. Фотография диска Солнца. Заметно потемнение диска к краю, видны пятна Солнце - газовый, точнее плазменный, шар (рис. 1). Радиус Солнца R _ =...
-
Вспышки на Солнце и их воздействие на Землю - Физика солнечных явлений
В процессе развития активной области иногда возникают ситуации, при которых возможна быстрая перестройка ("перезамыкание") магнитных полей. Эта...
-
Как же устроена Солнечная система? - Строение и эволюция звезд и планет
Солнце -- звезда среднего размера, его радиус составляет около 700 тыс. км, температура на поверхности -- около 6000°С. Солнце относится к числу рядовых...
-
Образование планет - Теория образования Солнечной системы
Вернемся к спутникам нашего Солнца, к тем обрывкам туманности, которые оторвались от центрального сгустка под действием центробежной силы и начали...
-
Солнечно-земные связи - Солнце и его влияние на Землю
Изучение истории Земли показывает, что наша планета в течение миллиардов лет получала от Солнца столько же тепла и света, сколько получает и теперь. Это...
-
Венера - Строение Солнечной системы
Венера наблюдается и как "вечерняя звезда" и как "утренняя звезда". После солнца и Луны Венера - самое яркое небесное светило, а ночью освещенные ею...
-
Юпитер среди планет Солнечной системы, Масса - Юпитер среди планет Солнечной системы
Масса Масса Юпитера в 2,7 раза превосходит массу остальных планет Солнечной системы7. Юпитер -- самая большая планета Солнечной системы, газовый гигант....
-
Планеты Солнечной системы сегодня - Все о планетах Солнечной системы
Солнечная система - это планетная система, которая состоит из центральной звезды - Солнца - и всех естественных космических объектов, обращающихся вокруг...
-
Земля - планета Солнечной системы - Происхождение Вселенной
Солнечная система представляет собой группу небесных тел, весьма различных по размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце, девять...
-
Земля - Характеристика планет Солнечной системы
Третья от Солнца планета Солнечной системы, удаленная от него на среднее расстояние 1 а. е., с периодом обращения в 1 год. Масса 5.98*1024 кг, полярный...
-
Литература - Солнце и Солнечная система
1. Энциклопедический словарь юного астронома. Сост. Н. П. Ерпылев. Издательство "Педагогика" 1986 г. 2. Голубая планета. А. Е. Криволуцкий. Издательство...
-
Введение - Характеристика планет Солнечной системы
Сравнительное изучение планет и их спутников - "лун" - имеет первостепенное значение и для познания природы Земли. Нам еще не ясны те условия, которые...
Солнечная энергия. Солнечная радиация - Солнце и Солнечная система