Сонячна радіація – випромінювання, властиве світила нашої планетної системи. Сонце – найголовніша зірка, навколо якої обертається Земля, а також сусідні планети. Фактично це величезний розпечений газовий кулю, постійно випускає в простір навколо себе потоки енергії. Саме їх і називають радіацією. Смертельна, водночас саме ця енергія – один з основних факторів, що роблять можливою життя на нашій планеті. Як і все в цьому світі, користь і шкоду сонячної радіації для органічного життя тісно взаємопов’язані.
Загальне уявлення
Щоб зрозуміти, що являє собою сонячна радіація, необхідно спочатку розібратися, що ж таке Сонце. Основне джерело тепла, що забезпечує умови для органічного існування на нашій планеті, у вселенських просторах являє собою лише невелику зірочку на галактичних околицях Чумацького Шляху. А ось для землян Сонце – це центр міні-всесвіті. Адже саме навколо цього газового згустку звертається наша планета. Сонце дає нам тепло і освітлення, тобто поставляє форми енергії, без яких наше існування було б неможливим.
У давнину джерело сонячної радіації – Сонце – було божеством, об’єктом, гідним поклоніння. Сонячна траєкторія по небу людям здавалося очевидним доказом божої волі. Спроби вникнути в суть явища, пояснити, що являє собою це світило, робилися з давніх пір, і особливо значущий внесок у них зробив Коперник, сформувавши ідею гелиоцентризма, разюче відрізнялася від загальноприйнятого в ту епоху геоцентризма. Втім, достеменно відомо, що і в давнину вчені не раз замислювалися над тим, що ж таке Сонце, чому вона настільки важлива для будь-яких форм життя на нашій планеті, чому пересування цього світила саме таке, яким ми його бачимо.
Прогрес технологій дозволив глибше зрозуміти, що являє собою Сонце, які процеси відбуваються всередині зірки, на її поверхні. Вчені дізналися, що являє собою сонячна радіація, яким чином газовий об’єкт впливає на планети у своїй зоні впливу, зокрема, на земний клімат. Зараз людство має досить об’ємною базою знань, щоб з упевненістю говорити: вдалося з’ясувати, що таке по своїй суті радіація, що випромінюється Сонцем, як виміряти цей енергетичної потік і як сформулювати особливості його впливу на різні форми органічного життя на Землі.
Про термінах
Найбільш важливий крок в освоєнні суті поняття було зроблено в минулому столітті. Саме тоді славетний астроном А. Еддінгтон сформулював припущення: у сонячних глибинах відбувається термоядерний синтез, що дозволяє виділятися величезної кількості енергії, що випромінюється в простір навколо зірки. Намагаючись оцінити величину сонячної радіації, були зроблені зусилля для визначення фактичних параметрів середовища на світилі. Так, температура ядра, за розрахунками вчених, сягає 15 мільйонів градусів. Цього достатньо, щоб впоратися зі взаємним відштовхуючим впливом протонів. Зіткнення одиниць призводить до формування гелієвих ядер.
Нові відомості привернули увагу багатьох видатних вчених, включаючи А. Ейнштейна. У спробах оцінити величину сонячної радіації науковці з’ясували, що гелієві ядра по своїй масі поступаються сумарною величиною 4 протонів, необхідних для формування нової структури. Так була виявлена особливість реакцій, що отримала назву «дефект мас». Але ж у природі ніщо не може зникнути безслідно! У спробі відшукати «втікачі» величини вчені порівняли енергетичне лікування і специфіку зміни маси. Саме тоді вдалося виявити, що різниця випромінюється гамма-квантами.
Випромінювані об’єкти пробиваються від ядра нашої зірки до її поверхні крізь численні газові атмосферні шари, що призводить до дроблення елементів і формування на їх основі електромагнітного випромінювання. Серед інших видів сонячної радіації – світло, що сприймається людським оком. Приблизні оцінки дозволили припустити, що процес проходження гама-квантів займає близько 10 мільйонів років. Ще вісім хвилин – і излученная енергія досягає поверхні нашої планети.
Як і що?
Сонячною радіацією називають сумарний комплекс електромагнітного випромінювання, якому властивий досить великий діапазон. Сюди входить так званий сонячний вітер, тобто енергетичний потік, сформований електронами, легкими частинками. На прикордонному шарі атмосфери нашої планети постійно спостерігається однакова інтенсивності випромінювання Сонця. Енергія зірки дискретна, її перенесення здійснюється через кванти, при цьому корпускулярний нюанс настільки малозначим, що можна розглядати промені в якості електромагнітних хвиль. А їх поширення, як з’ясували фізики, відбувається рівномірно і по прямій лінії. Таким чином, щоб описати сонячну радіацію, необхідно визначити властиву їй довжину хвилі. На підставі цього параметра прийнято виділяти декілька типів випромінювання:
- тепло;
- радіохвиля;
- білий світ;
- ультрафіолет;
- гамма;
- рентген.
Співвідношення інфрачервоних, видимих, ультрафіолетових найкращої оцінюється наступним чином: 52%, 43%, 5%.
Для кількісної оцінки радіаційної необхідно розрахувати щільність потоку енергії, тобто кількість енергії, яка в заданий часовий проміжок досягає обмеженого ділянки поверхні.
Як показали дослідження, сонячна радіація поглинається переважно планетарної атмосферою. Завдяки цьому відбувається нагрівання до температури, комфортною для органічного життя, властивою Землі. Наявна оболонка з озону дозволяє пройти лише однією сотою ультрафіолетового випромінювання. При цьому повністю блокуються хвилі короткої довжини, небезпечні для живих істот. Атмосферні шари здатні розсіяти майже третина променів Сонця, ще 20% поглинаються. Отже, поверхні планети досягає не більше половини всієї енергії. Саме цей «залишок» у науці назвали прямою сонячною радіацією.
А якщо детальніше?
Відомо кілька аспектів, від яких залежить, наскільки інтенсивним буде пряме випромінювання. Найбільш значущими вважаються кут падіння, що залежить від широти (географічна характеристика місцевості на земній кулі), час року, визначає, як велика відстань до конкретної точки від джерела випромінювання. Багато залежить від особливостей атмосфери – наскільки вона забруднена, як багато в заданий момент хмар. Нарешті, грає роль характер поверхні, на яку падає промінь, а саме, її здатності відображати надійшли хвилі.
Сумарною сонячною радіацією називають величину, яка об’єднує розсіяні обсяги і пряме випромінювання. Параметр, який використовується для оцінки інтенсивності, оцінюється в калоріях в розрахунку на одиницю території. При цьому пам’ятають, що в різний час доби значення, властиві випромінювання, відрізняються. Крім того, енергія не може розподілятися по поверхні планети рівномірно. Чим ближче до полюса, тим вище інтенсивність, при цьому сніжні покриви володіють високою відбивною здатністю, а значить, повітря не отримує можливості прогрітися. Отже, чим далі від екватора, тим сумарні показники сонячного хвильового випромінювання будуть менше.
Як вдалося виявити вченим, енергія сонячної радіації чинить серйозний вплив на планетарний клімат, підпорядковує собі життєдіяльність різноманітних організмів, існуючих на Землі. В нашій країні, а також на території найближчих сусідів, як і в інших країнах, розташованих в північній півкулі, взимку переважна частка належить розсіяного випромінювання, а ось влітку домінує пряме.
Інфрачервоні хвилі
Із загальної кількості сумарної сонячної радіації значний відсоток належить саме інфрачервоного спектру, не сприймається оком людини. За рахунок таких хвиль нагрівається поверхня планети, поступово передає теплову енергію повітряним масам. Це допомагає зберігати комфортний клімат, підтримувати умови для існування органічного життя. Якщо не відбувається якихось серйозних збоїв, клімат залишається умовно незмінним, а отже, всі істоти можуть жити у звичних умовах.
Наше світило – не єдине джерело хвиль інфрачервоного спектру. Аналогічне випромінювання властиве будь-якому нагрітому об’єкту, включаючи звичайну батарею в людському домі. Саме на принципі сприйняття інфрачервоного випромінювання працюють численні прилади, що дають можливість бачити в темряві, інших некомфортних для очей умовах нагріті тіла. До речі, за аналогічним принципом працюють стали настільки популярними останнім часом компактні прилади для оцінки, через які ділянки будівлі відбуваються найбільші тепловтрати. Ці механізми особливо широко поширені в середовищі будівельників, а також власників приватних будинків, оскільки допомагають виявити, через які ділянки тепло втрачається, організувати їх захист і попередити зайва витрата енергії.
Не варто недооцінювати вплив сонячної радіації інфрачервоного спектру на людський організм тільки з причини того, що наші очі не можуть сприймати такі хвилі. Зокрема, випромінювання активно використовується в медицині, оскільки дозволяє підвищити концентрацію лейкоцитів в кровоносній системі, а також привести в норму кровотік за рахунок збільшення проміжків кровоносних судин. Прилади, засновані на ІЧ-спектрі, застосовуються в якості профілактичних проти шкірних патологій, терапевтичних при запальних процесах в гострій і хронічній формі. Найбільш сучасні препарати допомагають впоратися з колоїдними рубцями і трофічними ранами.
Це цікаво
На основі вивчення факторів сонячної радіації вдалося створити воістину унікальні прилади, звані термографами. Вони дають змогу вчасно виявити різні хвороби, не доступні для виявлення іншими способами. Саме так можна знайти рак або тромб. ІК в деякій мірі захищає від ультрафіолету, небезпечного для органічного життя, що дозволило використовувати хвилі такого спектру для відновлення здоров’я тривалий час перебували в космос астронавтів.
Природа навколо нас і донині загадкова, стосується це і випромінювання різних довжин хвиль. Зокрема, інфрачервоний світло все ще не досліджений досконально. Вчені знають, що його неправильне застосування може стати причиною шкоди здоров’ю. Так, неприпустимо використовувати обладнання, що формує такий світ, для терапії гнійних запалених ділянок, кровотеч і злоякісних новоутворень. Інфрачервоний спектр протипоказаний людям, що страждають порушеннями функціонування серця, судин, включаючи розташовані в мозку.
Видиме світло
Один з елементів сумарної сонячної радіації – видимий людському оку світ. Хвильові пучки поширюються по прямих лініях, тому не відбувається накладення один на одного. В свій час це стало темою чималої кількості наукових робіт: вчені задалися метою зрозуміти, з якої причини навколо нас так багато відтінків. Виявилося, що свою роль відіграють ключові параметри світла:
- заломлення;
- відображення;
- поглинання.
Як з’ясували вчені, об’єкти не здатні самі по собі бути джерелом видимого світла, але можуть поглинати випромінювання і відображати його. Варіюються кути відбиття, частота хвиль. Протягом багатьох століть здатність людини бачити поступово удосконалювалася, але певні обмеження зумовлені біологічним будовою очі: сітківка така, що може сприйняти лише певні промені відбитих світлових хвиль. Це випромінювання – невеликий проміжок між ультрафіолетом і інфрачервоними хвилями.
Численні цікаві і загадкові світлові особливості не тільки стали темою безлічі робіт, але і були підставою для зародження нової фізичної дисципліни. Одночасно з’явилися ненаукові практики, теорії, прихильники яких вважають, що колір здатний вплинути на фізичний стан людини, психіку. На підставі таких припущень люди оточують себе предметами, найбільш приємними для їх очі, роблячи побутову повсякденність комфортніше.
Ультрафіолет
Не менш важливий аспект сумарної сонячної радіації – ультрафіолетове вивчення, сформований хвилями великої, середньої і малої довжини. Вони відмінні один від одного як за фізичними параметрами, так і за особливостями впливу на форми органічного життя. Довгі ультрафіолетові хвилі, наприклад, в атмосферних шарах в основному розсіюються, а до земної поверхні добирається лише незначний відсоток. Чим коротше довжина хвилі, тим глибше таке випромінювання може проникнути в людську (і не тільки) шкіру.
З одного боку, ультрафіолет погано, але без нього неможливе існування різноманітної органічного життя. Таке випромінювання відповідає за формування кальциферол в організмі, а цей елемент необхідний для будівництва кісткової тканини. УФ-спектр – це потужна профілактика рахіту, остеохондрозу, що особливо важливо в дитячому віці. Крім того, таке випромінювання:
- приводить в норму метаболізм;
- активізує виробництво незамінних ферментів;
- посилює регенеративні процеси;
- стимулює кровообіг;
- розширює кровоносні судини;
- стимулює імунну систему;
- призводить до формування ендорфіну, а значить, зменшується нервове перезбудження.
Зворотна сторона медалі
Вище було зазначено, що сумарною сонячною радіацією називають кількість випромінювання, яка досягла поверхні планети і розсіяного в атмосфері. Відповідно, елементом цього обсягу є ультрафіолет усіх довжин. Потрібно пам’ятати, що цей фактор має як позитивні, так і негативні сторони впливу на органічне життя. Сонячні ванни, часто корисні, можуть бути джерелом небезпеки для здоров’я. Занадто тривале перебування під прямим сонячним світлом, особливо в умовах підвищеної активності світила, шкідливо і небезпечно. Тривалий вплив на організм, а також занадто висока активність опромінення стають причиною:
- опіків, почервоніння;
- набряків;
- гіперемії;
- спека;
- нудоти;
- блювоти.
Тривалий ультрафіолетове опромінення провокує порушення апетиту, функціонування ЦНС, імунної системи. Крім того, починає боліти голова. Описані ознаки – класичні прояви сонячного удару. Сама людина не завжди може усвідомити, що відбувається – стан погіршується поступово. Якщо помітно, що комусь поблизу стало погано, слід надати першу допомогу. Схема наступна:
- допомогти перейти з-під прямого світла у прохолодне затінене місце;
- покласти хворого на спину так, щоб ноги були вище голови (це допоможе привести в норму кровотік);
- охолодити водою шию, обличчя, а на лоб покласти холодний компрес;
- розстебнути краватку, ремінь, зняти тісний одяг;
- через півгодини після нападу дати випити прохолодної води (невелика кількість).
Якщо потерпілий втратив свідомість, важливо відразу звернутися за допомогою до лікаря. Бригада швидкої допомоги перемістить людини в безпечне місце і зробить ін’єкцію глюкози або вітаміну С. Ліки вводять у вену.
Як правильно засмагати?
Щоб не дізнатися на власному досвіді, яким неприємним може бути зайва кількість сонячної радіації, що отримується при засмагу, важливо дотримуватися правила безпечного відпочинку на сонці. Ультрафіолет ініціює вироблення меланіну – гормону, який допомагає шкірним покривом захиститися від негативного впливу хвиль. Під впливом цієї речовини шкіра стає темніше, а відтінок переходить в бронзовий. І донині не вщухають суперечки про те, наскільки це корисно і шкідливо для людини.
З одного боку, засмага – спроба організму захиститися від зайвого впливу випромінювання. При цьому підвищується ймовірність формування злоякісних новоутворень. З іншого боку, засмага вважається модним і красивим. Щоб мінімізувати для себе ризики, розумно перед початком пляжних процедур розібрати, чим небезпечне кількість сонячної радіації, що отримується під час сонячних ванн, як мінімізувати ризики для себе. Щоб враження були максимально приємними, любителі засмагати повинні:
- пити багато води;
- користуватися захищають шкіру засобами;
- засмагати ввечері або вранці;
- проводити під прямими променями сонечка не більше години;
- не вживати спиртне;
- включити в меню багаті селеном, токоферолом, тирозином продукти. Не варто забувати і про бета-каротині.
Значення сонячної радіації для людського організму виключно велике, не варто випускати з уваги і позитивні, і негативні аспекти. Слід усвідомлювати, що у різних людей біохімічні реакції відбуваються з індивідуальними особливостями, тому для когось і півгодинні сонячні ванни можуть бути небезпечні. Розумно перед пляжним сезоном проконсультуватися з лікарем, оцінити тип, стан шкірних покривів. Це допоможе попередити шкоду здоров’ю.
По можливості слід уникати засмаги в похилому віці, в період виношування малюка. Не поєднуються з сонячними ваннами ракові захворювання, порушення психіки, шкірні патології і недостатність функціонування серця.
Сумарна радіація: де недостача?
Досить цікавим для розгляду є процес розподілу сонячної радіації. Як вище було згадано, лише близько половини всіх хвиль можуть досягти поверхні планети. Куди ж зникають інші? Свою роль грають різні шари атмосфери і мікроскопічні частинки, з яких вони сформовані. Значна частина, як було зазначено, поглинається озоновим шаром – це всі хвилі, довжина яких менше 0,36 мкм. Додатково озон здатний поглинути деякі типи хвиль видимого для людського ока спектру, тобто проміжку 0,44-1,18 мкм.
Ультрафіолет в деякій мірі поглинається кисневим шаром. Це властиво випромінювання з довжиною хвилі 0,13-0,24 мкм. Вуглекислий газ, пар води можуть поглинути невеликий відсоток інфрачервоного спектру. Аерозоль атмосфери поглинає деяку частину (ІЧ-спектр) від загальної кількості сонячної радіації.
Хвилі з категорії коротких розсіюються в атмосфері за наявності тут мікроскопічних неоднорідних частинок аерозолю, хмар. Неоднорідні елементи, частинки, чиї габарити поступаються довжині хвилі, провокують молекулярне розсіювання, а для більш великих властиве явище, описуване индикатрисой, тобто аерозольне.
Інше кількість сонячної радіації досягає земної поверхні. Воно поєднує пряме випромінювання, розсіяне.
Сумарна радіація: важливі аспекти
Сумарна величина – це кількість сонячної радіації, що отримується територією, а також поглинається в атмосфері. Якщо на небі немає хмар, сумарна величина випромінювання залежить від широти місцевості, висоти положення небесного тіла, типу поверхні землі на цій ділянці, а також рівня прозорості повітря. Чим більше в атмосфері розсіяно аерозольних частинок, тим нижче пряме випромінювання, натомість зростає частка розсіяного. У нормі при відсутності хмарності у сумарної радіації розсіяна – це одна четверта частина.
Наша країна належить до числа північних, тому більшу частину року в південних регіонах випромінювання істотно більше, ніж у північних. Це обумовлено положенням світила на небі. А ось короткий часовий проміжок травень-липень – це унікальний період, коли навіть на півночі сумарна радіація досить значна, оскільки сонце знаходиться високо в небі, а тривалість світлового дня більше, ніж в інші місяці року. При цьому в середньому на азійських половині країни при відсутності хмарності сумарна радіація істотніше, ніж на заході. Максимальна сила хвильового випромінювання спостерігається опівдні, а річний максимум припадає на червень, коли сонце найвище в небі.
Сумарною сонячною радіацією називають кількість сонячної енергії, що досягає нашої планети. При цьому потрібно пам’ятати, що різні атмосферні фактори призводять до того, що річний прихід сумарної радіації менше, ніж міг би бути. Найбільша різниця між реально спостережуваним і максимально можливим характерна для далекосхідних регіонів у літній період. Мусони провокують виключно щільну хмарність, тому сумарна радіація зменшується приблизно наполовину.
Цікаво знати
Найбільший відсоток від максимально можливого опромінення сонячною енергією в реальності спостерігається (у розрахунку на 12 місяців) на півдні країни. Показник досягає 80%.
Хмарність не завжди призводить до однакового показника розсіювання сонячного випромінювання. Грає роль форма хмар, особливості сонячного диска в конкретний момент часу. Якщо такий відкритий, тоді хмарність стає причиною зменшення прямого випромінювання, одночасно розсіяне різко зростає.
Можливі й такі дні, коли пряме випромінювання по своїй силі приблизно таке ж, як розсіяне. Добова сумарна величина може бути навіть більше, ніж випромінювання, властиве зовсім безхмарного дня.
У розрахунку на 12 місяців особливу увагу необхідно приділяти астрономічним явищам як визначає загальні кількісні показники. При цьому хмарність призводить до того, що реально радіаційний максимум може спостерігатися не в червні, а місяцем раніше або пізніше.
Радіація в космосі
З межі магнітосфери нашої планети і далі в космічні простори сонячна радіація стає фактором, зв’язаних зі смертельною небезпекою для людини. Ще в 1964 році був випущений важливий науково-популярний працю, присвячений методам захисту. Його авторами виступили радянські вчені Каманін, Бубнів. Відомо, що для людини доза опромінення в розрахунку на тиждень повинна бути не більше 0,3 рентгена, при цьому за рік – в межах 15 Р. При короткочасному опроміненні межею для людини позначено 600 Р. Польоти в космос, особливо в умовах непередбачуваної сонячної активності, можуть супроводжуватися значним опроміненням астронавтів, що зобов’язує приймати додаткові заходи захисту від хвиль різної довжини.
Після місій “Аполлон”, в ході яких тестувалися способи захисту, досліджувалися фактори, що впливають на людське здоров’я, минуло не одне десятиліття, але й досі вчені не можуть знайти результативні, надійні методи прогнозування геомагнітних бур. Можна скласти прогноз у розрахунку на годинник, іноді – на кілька днів, але навіть для тижневого припущення шанси реалізації – не більше 5%. Сонячний вітер – ще більш непередбачуване явище. З вірогідністю один до трьох космонавти, вирушаючи у нову місію, можуть потрапити в потужні потоки випромінювань. Це робить ще більш важливим питання дослідження і прогнозування радіаційних особливостей, так і розробки методів захисту від нього.
