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Luz solar

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Luz solar que brilha através das nuvens , dando origem a raios crepusculares.

A luz solar é uma porção da radiação electromagnética emitida pelo sol , particularmente , infravermelho visível e ultravioleta luz. Na Terra , a luz solar é filtrada através da atmosfera da Terra , e é óbvio que luz do dia quando o Sol está acima do horizonte.

Quando a radiação solar direta não é bloqueado por nuvens, está experimentada como a luz solar, uma combinação de brilhante luz e calor radiante. Quando é bloqueado pelas nuvens ou reflete fora de outros objetos, está experimentada como a luz difusa.

O Organização Meteorológica Mundial usa o termo "insolação" para significar o tempo cumulativo durante o qual uma área recebe direto irradiância do sol de pelo menos 120 watts por metro quadrado.

A luz solar pode ser gravado utilizando um gravador de luz do sol, pyranometer ou pyrheliometer.

A luz solar leva cerca de 8,3 minutos para chegar à Terra. Em média, leva energia entre 10.000 e 170.000 anos para deixar o interior do sol e, em seguida, ser emitida a partir da superfície como a luz.

A luz solar direta tem uma eficácia luminosa de cerca de 93 lumens por watt de fluxo radiante. A luz solar brilhante fornece a iluminação de aproximadamente 100.000 lux ou lumens por metro quadrado na superfície da Terra. A quantidade total de energia recebida ao nível do solo a partir do sol no zênite é 1004 watts por metro quadrado, que é composto de 527 watts de radiação infravermelha, 445 watts de luz visível , e 32 watts de ultravioleta radiação. Na parte superior da atmosfera luz solar é de cerca de 30% mais intensa, com mais do que três vezes a fracção de raios ultravioleta (UV), com a maior parte do UV adicional que consiste em biologicamente prejudiciais ultravioleta de ondas curtas.

A luz solar é um fator chave na fotossíntese , um processo vital para muitos seres vivos na Terra.

Composição e poder

Espectro de radiação solar acima da atmosfera e na superfície. Extrema UV e raios-X são produzidos (à esquerda da faixa de comprimento de onda mostrada) mas compreendem muito pequenas quantidades de energia de saída total do Sol.

O espectro de radiação solar do Sol está perto de a de um corpo negro com uma temperatura de cerca de 5800 K . O Sol emite radiação EM na maior parte do espectro eletromagnético. Embora o Sol produz Raios gama, como resultado do processo de fusão nuclear, esses super-alta energia fótons são convertidos em fótons de energia mais baixos antes que eles atinjam a superfície do Sol e são emitidos para o espaço. Como resultado, o sol não emitem raios gama. A Sun, no entanto, emitem Raios-X, ultravioleta , luz visível , infravermelho, e ainda ondas de rádio.

Embora, como mencionado, a energia solar corona é uma fonte de ultravioleta extremo e radiação de raios-X, esses raios são apenas uma quantidade muito pequena da produção de energia do Sol (ver espectro à direita) e não será discutido mais adiante. O espectro de quase toda energia solar radiação eletromagnética atingindo a atmosfera da Terra se estende por uma faixa de 100 nm a cerca de 1 mm. Esta faixa de potência de radiação significativa pode ser dividido em cinco regiões, a fim de aumentar comprimentos de onda:

  • Ultravioleta C ou gama (UVC), que se estende por uma gama de 100 a 280 nm. O termo ultravioleta refere-se ao fato de que a radiação é a frequência mais elevada do que a luz violeta (e, por conseguinte, também invisível a olho humano). Devido à absorção pela atmosfera muito pouco atinge a superfície da Terra. Este espectro de radiação tem tem propriedades germicidas, e é usado em lâmpadas de germicidas.
  • Ultravioleta B ou (UVB) gama abrange 280-315 nm. Também é grandemente absorvido pela atmosfera, e juntamente com UVC é responsável pela reacção fotoquímica levando à produção do camada de ozônio. -Lo diretamente danifica o DNA e as causas queimaduras solares.
  • Um ou ultravioleta (UVA) se estende de 315 a 400 nm. Esta banda uma vez foi considerado menos prejudicial ao DNA e, portanto, é usado em cosméticos artificial bronzeamento ( cabines de bronzeamento e camas de bronzeamento) e Puvaterapia para psoríase. No entanto, UV A é agora conhecido por causar danos significativos à DNA por vias indiretas (formação de e os radicais livres espécies reativas de oxigênio), e é capaz de causar câncer.
  • Visível gama ou a luz se estende por 380-780 nm. Tal como o nome sugere, é nesta faixa que é visível a olho nu.
  • Faixa do infravermelho que se estende por 700 nm a 10 nm 6 (1 mm). É responsável por uma parte importante da radiação electromagnética que chega a Terra. Também é dividida em três tipos, com base em comprimentos de onda:
    • Infravermelho-A: 700 nm a 1400 nm
    • Infrared-B: 1.400 nm e 3.000 nm
    • Infravermelho-C: 3.000 nm a 1 mm.

Luz solar no espaço na parte superior da atmosfera da Terra a uma potência de 1366 watts / m 2 é composto (pela energia total) de cerca de 50% de luz infravermelha, luz visível de 40%, e 10% de luz ultravioleta. Ao nível do solo isto diminui para cerca de 1120-1000 watts / m 2, e por frações de energia a 44% de luz visível, ultravioleta 3% (com o Sol no zénite, mas menos em outros ângulos), eo restante infravermelho. Assim, a composição da luz solar ao nível do solo, por metro quadrado, com o sol no zênite, é de cerca de 527 watts de radiação infravermelha, 445 watts de luz visível , e 32 watts de ultravioleta radiação.

Cálculo

Para calcular a quantidade de luz solar que atinge a terra, tanto o órbita elíptica da Terra e da atenuação por atmosfera da terra tem que ser tida em conta. A iluminância extraterrestre solar (E ext), corrigida para a órbita elíptica usando o número de dias do ano (DN), é dada por

E _ {\ rm ext} = E _ {\ rm sc} \ cdot \ left (1 + 0,033412 \ cdot \ cos \ left (2 \ pi \ frac {{\ rm dn -3}} {365} \ right) \ right ),

onde dn = 1 a 1 de Janeiro; dn = 2 em 2 de janeiro; dn = 32 em 1 de Fevereiro, etc Nesta fórmula é usada DN-3, porque nos tempos modernos Periélio da terra, a abordagem mais próximo do Sol e, portanto, o ext máxima E ocorre em torno de 03 de janeiro de cada ano. O valor de 0.033412 é determinado sabendo que a razão entre o perihelio (0.98328989 UA) ao quadrado e o aphelion (1.01671033 UA) ao quadrado deve ser de aproximadamente 0,935338.

A constante de iluminância solar (E SC), é igual a 128 x 10 3 lx. A iluminância direta normal (E dn), corrigidos dos efeitos atenuantes da atmosfera é dada por:

E _ {\ rm dn} = E _ {\ rm ext} \, e ^ {- cm},

em que c é a atmosférica coeficiente de extinção e o símbolo m representa o parente óptico airmass.

Constante solar

A constante de energia solar, uma medida de A densidade do fluxo, é a quantidade de energia solar que chega a radiação electromagnética por unidade de área que seria incidente sobre um plano perpendicular aos raios, a uma distância de um unidade astronômica (UA) (aproximadamente a distância média do Sol à Terra). A "constante solar" inclui todos os tipos de radiação solar, não apenas a luz visível . Seu valor médio foi pensado para ser aproximadamente 1.366 kW / m², variando ligeiramente com a atividade solar , mas calibrações recentes das observações de satélite relevantes indicar um valor mais perto de 1.361 kW / m² é mais realista. Esta radiação é de cerca de 50% de infravermelhos, 40% visível, e cerca de 10% ultravioleta na parte superior da atmosfera.

Total (TSI) e irradiação solar espectral (SSI) sobre a Terra

Total de irradiação solar (ETI) - a quantidade de radiação solar recebida no topo da atmosfera da Terra - foi medida antes por satélite para ser aproximadamente 1.366 kilowatts por metro quadrado (kW / m²), mas, mais recentemente, a Nasa cita como TSI 1361 W / m² em comparação com ~ 1366 W / m² a partir de observações anteriores, com base em resultados de uma série de satélites da NASA e da ESA monitores ETI continua hoje com o Active Cavity Radiometer Irradiance Monitor Satellite / ACRIM3, SOHO / VIRGEM e Observações SORCE / TIM. Esta "descoberta é fundamental para examinar o orçamento de energia do planeta Terra e isolando a mudança climática devido às atividades humanas." Além disso, a SORCE Spectral Irradiance Monitor (SIM) encontrou no mesmo período que irradiação solar espectral (SSI) no UV (ultravioleta) comprimento de onda corresponde de forma menos clara, e provavelmente mais complicada, com respostas clima da Terra do que anteriormente assumidas, alimentando largas avenidas da nova pesquisa em "a ligação do Sol e da estratosfera, troposfera, da biosfera, oceano, clima e da Terra ".

Intensidade do Sistema Solar

Luz solar em Marte é mais escuro do que na Terra. Esta foto de um por do sol marciano foi fotografada por Mars Pathfinder.

Diferentes órgãos do Sistema Solar receber luz de uma intensidade inversamente proporcional ao quadrado de sua distância do Sol Uma tabela áspera comparando a quantidade de radiação solar recebida por cada planeta no sistema solar segue (a partir de dados em ):

Planeta distância ( AU) A radiação solar (W / m²)
Periélio Afélio máximo mínimo
Mercúrio 0,3075 0,4667 14.446 6272
Vênus 0,7184 0,7282 2647 2576
Terra 0,9833 1.017 1413 1321
Marte 1.382 1.666 715 492
Júpiter 4.950 5,458 55,8 45,9
Saturno 9,048 10.12 16,7 13,4
Urano 18,38 20.08 4.04 3.39
Netuno 29.77 30,44 1.54 1.47

O brilho real da luz solar que seria observado na superfície também depende da presença e da composição de um atmosfera. Por exemplo Espessa atmosfera de Vênus reflete mais do que 60% da luz solar, que recebe. A iluminação da superfície efectiva é de cerca de 14,000 lux, comparável àquela na Terra "durante o dia com nuvens nubladas".

Luz solar em Marte seria mais ou menos como a luz do dia na terra usando óculos escuros, e como pode ser visto nas fotos tiradas pelas sondas, não é suficiente céu radiação difusa que as sombras não parecem particularmente escuro. Assim que daria percepções e "sentir" muito parecido com a luz do dia Terra.

Para fins de comparação, a luz solar em Saturno é um pouco mais brilhante do que a luz solar Terra no por do sol ou nascer do sol média (ver luz do dia para a tabela de comparação). Mesmo em Plutão a luz do sol ainda seria brilhante o suficiente para quase coincidir com a sala de estar da média. Para ver a luz solar como dim como o luar completo sobre a Terra, uma distância de cerca de 500 UA (~ 69 horas-luz) é necessário; há apenas um punhado de objetos no sistema solar conhecido para a órbita mais distante do que a tal distância, entre eles 90377 Sedna e (87269) 2000 oo67.

Iluminação da superfície

O espectro de iluminação da superfície depende da elevação solar devido a efeitos atmosféricos, com o componente azul do espectro de dispersão atmosférica dominante durante o crepúsculo antes e depois do nascer e pôr do sol, respectivamente, e dominando vermelho durante o nascer eo pôr do sol. Estes efeitos são visíveis na luz natural fotografia onde a principal fonte de iluminação é a luz solar como mediada pela atmosfera.

Conforme Craig Bohren, "absorção preferencial da luz solar por ozônio sobre caminhos horizonte de longo dá o céu zênite sua cor azul quando o sol está perto do horizonte".

Ver difundir céu radiação para mais detalhes.

Efeitos climáticos

Na Terra, a radiação solar é óbvia como a luz do dia quando o sol está acima do horizonte. Esta é durante o dia, e também no verão perto dos pólos à noite, mas não a todos no inverno perto dos pólos. Quando o radiação direta não está bloqueada por nuvens, está experimentada como a luz solar, combinando a percepção da luz branca brilhante (luz solar, no sentido estrito) e aquecimento. O aquecimento no corpo, o chão e outros objectos depende da absorção (radiação electromagnética) da radiação electromagnética na forma de calor .

A quantidade de radiação interceptado por um corpo planetário varia inversamente com o quadrado da distância entre a estrela e o planeta. O terrestre órbita e mudança obliquidade com o tempo (ao longo de milhares de anos), às vezes formando um círculo quase perfeito, e em outras vezes estendendo-se a um excentricidade orbital de 5% (actualmente 1,67%). O total insolação permanece quase constante devido à segunda lei de Kepler ,

\ Tfrac {2A} {r ^ 2} dt = d \ theta,

onde A o invariante é "velocidade de área". Ou seja, a integração ao longo do período orbital (também invariável) é uma constante.

\ Int_ {0} ^ {T} \ tfrac {2A} {r ^ 2} dt = \ int_ {0} ^ {2 \ pi} d \ theta = \ mathrm {} constante.

Se assumirmos que o poder de radiação solar de P como uma constante ao longo do tempo e a radiação solar dado pela lei do inverso do quadrado, nós também obter a média de insolação como uma constante.

Mas a distribuição sazonal e latitudinal e intensidade de radiação solar recebida pela superfície da terra também varia. Por exemplo, em latitudes de 65 graus a variação da energia solar no verão e no inverno pode variar em mais de 25%, como resultado da variação orbital da Terra. Porque as mudanças no inverno e no verão tendem a compensar, a mudança na insolação média anual, em determinado local é próximo de zero, mas a redistribuição de energia entre o verão eo inverno afeta fortemente a intensidade dos ciclos sazonais. Tais mudanças associadas com a redistribuição da energia solar são consideradas uma causa provável para o ir e vir de recentes eras do gelo (ver: ciclos de Milankovitch ).

Variações passadas na irradiação solar

Observações baseadas no espaço de irradiância solar começou em 1978. Estas medições mostram que a constante solar não é constante. Ela varia de acordo com o ciclo solar de manchas solares de 11 anos. Ao ir mais para trás no tempo, tem de se contar com reconstruções de irradiância, usando manchas solares dos últimos 400 anos ou radionuclídeos cosmogénicos para voltar 10.000 anos. Tais reconstruções foram feitas. Esses estudos mostram que radiação solar varia com periodicidades distintas, tais como: 11 anos (Schwabe), 88 anos (ciclo Gleisberg), 208 anos (ciclo DeVries) e 1.000 anos (ciclo Eddy).

A vida na Terra

Este curto filme explora a conexão vital entre a Terra eo Sol

A existência de quase toda a vida na Terra é alimentada pela luz do sol. Mais autotróficos, tais como plantas, utilizam a energia da luz solar, em combinação com dióxido de carbono e água, para produzir açúcares simples, um processo conhecido como fotossíntese . Estes açúcares são então utilizados como blocos de construção e em outras vias sintéticas que permitem que o organismo a crescer.

Heterotróficos, tais como animais, usar a luz do sol indiretamente por consumir os produtos de autotrophs, seja por consumir autotrophs, por consumir os seus produtos ou por consumir outros heterotróficos. Os açúcares e outros componentes moleculares produzidos pelos autotróficos são, em seguida, dividido, libertando energia solar armazenada, e dando o heterotrófico a energia necessária para a sobrevivência. Este processo é conhecido como respiração celular.

Em pré-história, os seres humanos começaram a ampliar ainda mais esse processo, colocando materiais de plantas e animais para outros usos. Eles usavam peles de animais para se aquecer, por exemplo, ou armas de madeira para caçar. Essas habilidades permitiram aos humanos para colher mais da luz solar do que era possível através da glicólise sozinho, e população humana começou a crescer.

Durante o Revolução Neolítica, a domesticação de plantas e animais aumentou ainda mais o acesso humana à energia solar. Campos dedicadas a culturas foram enriquecidos por elementos vegetais não comestíveis, açúcares e fornecendo nutrientes para as colheitas futuras. Os animais que tinham anteriormente fornecido apenas seres humanos com carne e ferramentas, uma vez que foram mortos foram agora utilizados para o trabalho ao longo das suas vidas, alimentada por ervas não comestíveis para os seres humanos.

As descobertas mais recentes de carvão , petróleo e gás natural são extensões modernas desta tendência. Estes combustíveis fósseis são os restos da antiga planta e matéria animal, formado usando a energia da luz solar e, em seguida, preso no interior da Terra há milhões de anos. Porque a energia armazenada nesses combustíveis fósseis tem acumulado ao longo de muitos milhões de anos, eles permitiram que os humanos modernos para aumentar maciçamente a produção eo consumo de de energia primária. Como a quantidade de combustível fóssil é grande, mas finito, isso não pode continuar indefinidamente, e várias teorias existem sobre o que vai seguir nesta fase da civilização humana (por exemplo, combustíveis alternativos, Catástrofe malthusiana, novo urbanismo, pico do petróleo).

Aspectos culturais

Claude Monet : Le déjeuner sur l'herbe

O efeito da luz solar é relevante para pintura , evidenciado, por exemplo, em obras de Claude Monet em cenas ao ar livre e paisagens.

Muitas pessoas acham que a luz solar direta a ser demasiado brilhante para o conforto, especialmente quando a leitura do papel branco sobre o qual o sol está brilhando diretamente. Na verdade, olhando diretamente para o sol pode causar danos visão de longo prazo. Para compensar o brilho da luz do sol, muitas pessoas usam óculos de sol. Cars , muitos capacetes e tampas estão equipadas com viseiras para bloquear o sol de visão direta, quando o sol está em um ângulo baixo. Luz do sol é frequentemente bloqueado de edifícios que entram através do uso de paredes, cortinas da janela, toldos, persianas ou cortinas, ou por perto árvores de sombra.

Nos países mais frios, muitas pessoas preferem dias mais ensolarados e muitas vezes evitar o sombra. Em países mais quentes o inverso é verdadeiro; durante as horas do meio-dia muitas pessoas preferem ficar no interior para manter a calma. Se eles ir para fora, eles procuram sombra, que pode ser fornecida por árvores, chapéus de sol , e assim por diante.

Na hinduísmo o sol é considerado um deus, uma vez que é a fonte de vida e energia na Terra.

Tomando Sol

Banho de sol é um popular lazer atividade em que uma pessoa se senta ou encontra-se em exposição directa ao sol. As pessoas muitas vezes tomar sol em lugares confortáveis, onde há muita luz natural. Alguns lugares comuns para banhos de sol incluem praias , ao ar livre piscinas, parques , jardins , e cafés na calçada. Banhistas costuma usar quantidades limitadas de roupa ou alguns simplesmente ir nu. Para alguns, uma alternativa aos banhos de sol, é a utilização de um espreguiçadeira que gera ultravioleta luz e pode ser usado em ambientes fechados independentemente das condições meteorológicas ao ar livre e quantidade de luz solar.

Para muitas pessoas com pele pálida ou acastanhada, um propósito para banhos de sol é para escurecer um é cor da pele (obter um sol tan) como este é considerado em algumas culturas para ser bonito, associado com atividade ao ar livre, férias / feriados e saúde. Algumas pessoas preferem banhos de sol nua para que um "all-over" ou "mesmo" tan pode ser obtido, por vezes, como parte de um estilo de vida específico.

Para as pessoas que sofrem de psoríase, banhos de sol é uma forma eficaz de curar os sintomas.

O bronzeamento da pele é conseguida por um aumento no escuro pigmento no interior das células da pele chamada melanócitos e na verdade é um mecanismo de resposta automática do corpo para exposição suficiente à radiação ultravioleta a radiação do sol ou a partir artificial sunlamps. Assim, o tan desaparece gradualmente com o tempo, quando se deixa de ser exposto a essas fontes.

Efeitos na saúde humana

O corpo produz vitamina D da luz solar (especificamente da banda de UVB ultravioleta luz), e reclusão excessiva do sol pode levar à deficiência, a menos que quantidades adequadas são obtidos através da dieta.

Sunburn pode ter leve a grave efeitos da inflamação na pele; isto pode ser evitado pelo uso de uma adequada creme protetor solar ou loção ou pela construção gradual de melanócitos com o aumento da exposição. Outro efeito nocivo da exposição aos raios UV é acelerado envelhecimento da pele (também chamado fotoenvelhecimento da pele), que produz um difícil tratamento cosmético efeito. Algumas pessoas temem que a destruição do ozônio está aumentando a incidência de tais riscos para a saúde. Uma diminuição de 10% no ozono pode causar um aumento de 25% em cancro da pele.

A ausência de luz solar, por outro lado, é considerada uma das principais causas de Seasonal Affective Disorder (SAD), uma forma grave de os "azuis do inverno". Ocorrência SAD é mais prevalente em localidades mais distantes dos trópicos, ea maioria dos tratamentos (exceto medicamentos) envolvem terapia de luz, replicando a luz solar através de lâmpadas sintonizados para comprimentos de onda específicos de luz visível, ou lâmpadas de espectro total.

Um estudo recente indica que mais exposição à luz do sol cedo na vida de uma pessoa se relaciona com menos risco de esclerose múltipla (MS) mais tarde na vida.

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