domov / Blago za otroke/ Porazdelitev toplote in svetlobe na zemlji. Sončni žarki: izpostavljenost. Škodljivi sončni žarki

Porazdelitev toplote in svetlobe na zemlji. Sončni žarki: izpostavljenost. Škodljivi sončni žarki

Če pogledate Sonce, ko je delno zakrito z oblaki in skrito za temi gručami atmosferske vode, boste morda videli znani prizor: svetlobni žarki, ki se prebijajo skozi oblake in padajo na tla. Včasih se zdijo vzporedni, včasih se zdi, da se razhajajo. Včasih lahko skozi oblake vidi obliko sonca. Zakaj se to dogaja? Naš bralec ta teden sprašuje:

Mi lahko razložite, zakaj v oblačnem dnevu vidite sončne žarke, ki se prebijajo skozi oblake? Ker je Sonce veliko večje od Zemlje in ker nas njegovi fotoni dosežejo po približno vzporednih poteh, se mi zdi, da bi morali videti celotno nebo enakomerno osvetljeno, namesto da bi videli majhno svetlobno kroglo.

Večina ljudi sploh ne pomisli neverjetno dejstvo obstoj sončnih žarkov.

Na tipičen sončen dan je celotno nebo osvetljeno. Sončni žarki padajo skoraj vzporedno z Zemljo, ker je Sonce zelo daleč in je v primerjavi z Zemljo zelo veliko. Atmosfera je dovolj prozorna, da lahko vsa sončna svetloba doseže zemeljsko površje ali se razprši v vse smeri. Zadnji učinek je odgovoren za to, da se v oblačnem dnevu nekaj vidi zunaj - atmosfera odlično razprši sončno svetlobo in z njo napolni okoliški prostor.

Zato bo na jasen sončen dan vaša senca temnejša od preostale površine, na katero pade, a bo vseeno ostala osvetljena. V svoji senci lahko vidite zemljo tako, kot če bi Sonce izginilo za oblake, potem pa postane vse ostalo tako medlo kot vaša senca, a še vedno osvetljeno z razpršeno svetlobo.

S tem v mislih se vrnimo k pojavu sončnih žarkov. Zakaj, ko je sonce skrito za oblaki, lahko včasih vidite svetlobne žarke? In zakaj so včasih videti kot vzporedni stolpci, včasih pa kot razhajajoči se?

Prva stvar, ki jo je treba razumeti, je ta disperzija sončna svetloba, ko trči v atmosferske delce in se preusmerja v vse smeri, deluje vedno – ne glede na to, ali se sonce skriva za oblaki ali ne. Zato je čez dan vedno osnovna raven osvetlitve. Zato je "dan" in zato, da bi našli temo podnevi, morate iti globlje v jamo.

Kaj so žarki? Prihajajo iz vrzeli ali tankih delov oblakov (ali dreves ali drugih neprozornih predmetov), ki ne blokirajo sončne svetlobe. Ta neposredna svetloba je videti svetlejša od okolice, vendar je opazna le, če je v kontrastu s temnim, senčnim ozadjem! Če bo ta svetloba povsod, ne bo nič posebnega, naše oči se ji bodo prilagodile. Ampak če svetel žarek svetloba je videti svetlejša od okolice, vaše oči to opazijo in vam povedo razliko.

Kaj pa oblika žarkov? Morda mislite, da oblaki delujejo kot leče ali prizme, saj odbijajo ali lomijo žarke in povzročajo njihovo razhajanje. Ampak to ni res; Oblaki absorbirajo in oddajajo svetlobo enakomerno v vse smeri, zato so neprozorni. Učinek z žarki se pojavi le tam, kjer oblaki ne absorbirajo večina Sveta. Pri meritvah se izkaže, da so ti žarki dejansko vzporedni, kar ustreza veliki razdalji do Sonca. Če opazujete žarke, ki niso usmerjeni ne proti vam ne stran od vas, temveč pravokotno na vaš vidni okvir, boste našli točno to.

Razlog, zakaj se nam zdi, da se žarki »konvergirajo« proti Soncu, je enak, kot zakaj se nam zdi, da se tirnice ali cestna površina stekajo v eni točki. to vzporedne črte, katerega en del ti je bližje kot drugi. Sonce je zelo daleč in točka, iz katere prihaja žarek, je dlje od vas kot točka njegovega stika z Zemljo! Ni vedno očitno, zato pa grede dobijo obliko tramov, kar se lepo vidi, ko vidiš, kako blizu si konca grede.

Prisotnost žarka torej dolgujemo perspektivi senc, ki ga obkrožajo, in sposobnosti naših oči, da razlikujejo med svetlostjo neposredne svetlobe in relativno temo, ki jo obdaja. In razlog, da se zdi, da se žarki zbližujejo, je perspektiva in ker je točka pristanka teh dejansko vzporednih svetlobnih žarkov bližje nam kot njihova izhodiščna točka na dnu oblakov. To je znanost za sončnimi žarki in zato so videti tako, kot so!

Najpomembnejši vir, od katerega zemeljsko površje in atmosfera prejemata toplotno energijo, je Sonce. V vesolje pošilja ogromno količino sevalne energije: toplotno, svetlobno, ultravijolično. Oddaja Sonce elektromagnetni valoviširijo s hitrostjo 300.000 km/s.

Segrevanje zemeljske površine je odvisno od vpadnega kota sončnih žarkov. Vse sončni žarki prihajajo na površje Zemlje vzporedno drug z drugim, a ker ima Zemlja sferično obliko, sončni žarki padajo na različne dele njene površine pod različne kote. Ko je Sonce v zenitu, padajo njegovi žarki navpično in Zemlja se bolj segreje.

Celoten niz sevalne energije, ki jo pošilja Sonce, se imenuje sončno sevanje, običajno je izražena v kalorijah na enoto površine na leto.

Sončno sevanje določa temperaturni režim zračna troposfera Zemlje.

Opozoriti je treba, da skupaj sončno sevanje več kot dve milijardkrat večja količina energije, kot jo prejme Zemlja.

Sevanje, ki doseže zemeljsko površje, je neposredno in razpršeno.

Imenuje se sevanje, ki prihaja na Zemljo neposredno od Sonca v obliki neposredne sončne svetlobe pod nebom brez oblačka naravnost. Prenaša največjo količino toplote in svetlobe. Če naš planet ne bi imel atmosfere, bi zemeljsko površje prejemalo le neposredno sevanje.

Vendar pa se pri prehodu skozi atmosfero približno četrtina sončnega sevanja razprši na molekulah plina in nečistočah ter skrene z neposredne poti. Nekateri od njih dosežejo površje Zemlje in nastanejo odsoten sončno sevanje. Zahvaljujoč razpršenemu sevanju svetloba prodre na mesta, kamor direktna sončna svetloba (neposredno sevanje) ne prodre. To sevanje ustvarja dnevno svetlobo in daje barvo nebu.

Skupno sončno obsevanje

Vsi sončni žarki, ki dosežejo Zemljo, so skupno sončno sevanje, t.j. celotno direktno in difuzno sevanje (slika 1).

riž. 1. Skupno sončno obsevanje za leto

Porazdelitev sončnega sevanja po zemeljski površini

Sončno sevanje je neenakomerno porazdeljeno po Zemlji. Odvisno:

1. na gostoto zraka in vlažnost - višji kot sta, manj sevanja prejme zemeljska površina;

2. odvisno od geografske širine območja – količina sevanja narašča od polov proti ekvatorju. Količina neposrednega sončnega sevanja je odvisna od dolžine poti, ki jo sončni žarki prepotujejo skozi ozračje. Ko je Sonce v zenitu (vpadni kot žarkov je 90°), njegovi žarki zadenejo Zemljo po najkrajši poti in intenzivno oddajo svojo energijo majhnemu območju. Na Zemlji se to zgodi v pasu med 23° S. w. in 23° J. š., tj. med trop. Ko se odmaknete od tega območja proti jugu ali severu, se dolžina poti sončnih žarkov poveča, to je, da se njihov vpadni kot na zemeljsko površino zmanjša. Žarki začnejo padati na Zemljo pod manjšim kotom, kot da drsijo, približujejo se tangenti v območju polov. Posledično se enak pretok energije porazdeli čez velika površina, zato se poveča količina odbite energije. Tako je v območju ekvatorja, kjer sončni žarki padajo na zemeljsko površje pod kotom 90°, količina neposrednega sončnega sevanja, ki ga prejme zemeljsko površje, večja, ko se pomikamo proti poloma, pa ta količina strmo zmanjša. Poleg tega je dolžina dneva odvisna od zemljepisne širine območja. drugačni časi leto, ki določa tudi količino sončnega sevanja, ki pride na zemeljsko površje;

3. od letnega in dnevnega gibanja Zemlje - v srednjih in visokih zemljepisnih širinah je dotok sončnega sevanja zelo različen glede na letne čase, kar je povezano s spremembami opoldanske višine Sonca in dolžine dneva;

4. o naravi zemeljskega površja - svetlejše kot je površje, več sončne svetlobe odbija. Sposobnost površine, da odbija sevanje, se imenuje albedo(iz latinske beline). Še posebej močno odbija sevanje sneg (90 %), pesek slabše (35 %), črna prst pa še slabše (4 %).

Zemljina površina absorbira sončno sevanje (absorbirano sevanje), segreva in oddaja toploto v ozračje (odbito sevanje). Nižje plasti ozračja v veliki meri blokirajo zemeljsko sevanje. Sevanje, ki ga absorbira zemeljsko površje, se porabi za segrevanje tal, zraka in vode.

Tisti del celotnega sevanja, ki ostane po odboju in toplotnem sevanju zemeljske površine, imenujemo bilanca sevanja. Sevalna bilanca zemeljskega površja se spreminja čez dan in glede na letne čase, vendar ima v povprečju leta povsod pozitivno vrednost, z izjemo ledenih puščav Grenlandije in Antarktike. Najvišje vrednosti bilanca sevanja doseže v nizkih zemljepisnih širinah (med 20° S in 20° S) - nad 42 * 10 2 J/m 2, na zemljepisni širini okoli 60 ° obeh polobel pa se zmanjša na 8 * 10 2 -13 * 10 2 J/m2. .

Sončni žarki dajo atmosferi do 20 % svoje energije, ki je razporejena po vsej debelini zraka, zato je segrevanje zraka, ki ga povzročajo, relativno majhno. Sonce segreva zemeljsko površino, ki prenaša toploto na atmosferski zrak zaradi konvekcija(iz lat. konvekcija- dostava), to je navpično gibanje zraka, segretega na zemeljski površini, namesto katerega se spusti hladnejši zrak. Tako atmosfera prejme večino toplote – v povprečju trikrat več kot neposredno od Sonca.

Prisotnost v ogljikov dioksid vodna para pa preprečuje, da bi toplota, ki se odbija od zemeljske površine, prosto uhajala v vesolje. Ustvarjajo Učinek tople grede, zaradi česar temperaturna razlika na Zemlji čez dan ne presega 15 °C. Če ogljikovega dioksida v ozračju ne bi bilo, bi se zemeljsko površje čez noč ohladilo za 40-50 °C.

Kot posledica naraščajočega obsega gospodarska dejavnost ljudje - zgorevanje premoga in nafte v termoelektrarnah, emisije industrijska podjetja, povečanje avtomobilskih izpustov - poveča se vsebnost ogljikovega dioksida v ozračju, kar povzroči povečano Učinek tople grede in ogroža globalne podnebne spremembe.

Sončni žarki, ki prehajajo skozi ozračje, zadenejo površino Zemlje in jo segrejejo, ta pa oddaja toploto ozračju. To pojasnjuje značilna lastnost troposfera: padanje temperature zraka z višino. Toda obstajajo primeri, ko se višje plasti ozračja izkažejo za toplejše od nižjih. Ta pojav se imenuje temperaturna inverzija(iz latinščine inversio - obračanje).

Mi lahko razložite, zakaj v oblačnem dnevu vidite sončne žarke, ki se prebijajo skozi oblake? Ker je Sonce veliko večje od Zemlje in ker nas njegovi fotoni dosežejo po približno vzporednih poteh, se mi zdi, da bi morali videti celotno nebo enakomerno osvetljeno, namesto da bi videli majhno svetlobno kroglo.

Večina ljudi sploh ne pomisli na neverjetno dejstvo, da sončni žarki obstajajo.

Najprej je treba razumeti, da sipanje sončne svetlobe, ko ta trči z atmosferskimi delci in se preusmeri v vse smeri, vedno deluje – ne glede na to, ali je Sonce skrito za oblaki ali ne. Zato je čez dan vedno osnovna raven osvetlitve. Zato je "dan" in zato, da bi našli temo podnevi, morate iti globlje v jamo.

Kaj so žarki? Prihajajo iz vrzeli ali tankih delov oblakov (ali dreves ali drugih neprozornih predmetov), ki ne blokirajo sončne svetlobe. Ta neposredna svetloba je videti svetlejša od okolice, vendar je opazna le, če je v kontrastu s temnim, senčnim ozadjem! Če bo ta svetloba povsod, ne bo nič posebnega, naše oči se ji bodo prilagodile. Če pa je svetel žarek svetlobe lažji od okolice, vaše oči to opazijo in vam povedo razliko.

Kaj pa oblika žarkov? Morda mislite, da oblaki delujejo kot leče ali prizme, saj odbijajo ali lomijo žarke in povzročajo njihovo razhajanje. Ampak to ni res; Oblaki absorbirajo in oddajajo svetlobo enakomerno v vse smeri, zato so neprozorni. Učinek žarkov se pojavi samo tam, kjer oblaki ne absorbirajo večine svetlobe. Pri meritvah se izkaže, da so ti žarki dejansko vzporedni, kar ustreza veliki razdalji do Sonca. Če opazujete žarke, ki niso usmerjeni ne proti vam ne stran od vas, temveč pravokotno na vaš vidni okvir, boste našli točno to.

Razlog, zakaj se nam zdi, da se žarki »konvergirajo« proti Soncu, je enak, kot zakaj se nam zdi, da se tirnice ali cestna površina stekajo v eni točki. To so vzporedne črte, katerih en del vam je bližje kot drugi. Sonce je zelo daleč in točka, iz katere prihaja žarek, je dlje od vas kot točka njegovega stika z Zemljo! Ni vedno očitno, zato pa grede dobijo obliko tramov, kar se lepo vidi, ko vidiš, kako blizu si konca grede.

Sonce - zvezda solarni sistem, ki je vir ogromnih količin toplote in bleščeče svetlobe. Kljub temu, da se Sonce nahaja na precejšnji razdalji od nas in nas doseže le majhen del njegovega sevanja, je to povsem dovolj za razvoj življenja na Zemlji. Naš planet kroži okoli Sonca po orbiti. Če z vesoljska ladjaČe opazujete Zemljo skozi vse leto, boste opazili, da Sonce vedno osvetljuje le eno polovico Zemlje, torej bo tam dan, na nasprotni polovici pa bo v tem času noč. Zemljina površina prejme toploto le podnevi.

Naša Zemlja se segreva neenakomerno. Neenakomerno segrevanje Zemlje pojasnjujemo z njeno sferično obliko, zato je vpadni kot sončnega žarka na različnih območjih različen, kar pomeni, da različni deli Zemlje prejmejo različno količino toplote. Na ekvatorju padajo sončni žarki navpično in močno segrejejo Zemljo. Čim dlje od ekvatorja, tem manjši je vpadni kot žarka, zato ta ozemlja prejmejo manj toplote. Žarek sončnega sevanja enake moči segreje veliko manjšo površino, saj pada navpično. Poleg tega žarki, ki vpadajo pod manjšim kotom kot na ekvatorju, prehajajo skozi njega daljša pot, zaradi česar se del sončnih žarkov razprši v troposferi in ne doseže zemeljskega površja. Vse to kaže, da se z oddaljenostjo od ekvatorja proti severu ali jugu zmanjšuje, saj se zmanjšuje vpadni kot sončnega žarka.

Na stopnjo segretosti zemeljskega površja vpliva tudi dejstvo, da je zemeljska os nagnjena proti orbitalni ravnini, po kateri Zemlja opravi polni obrat okoli Sonca, pod kotom 66,5° in je vedno usmerjena proti severu. konec proti Severnici.

Predstavljajmo si, da ima Zemlja, ki se giblje okoli Sonca, zemeljsko os pravokotno na ravnino krožnice. Takrat bi površje na različnih zemljepisnih širinah skozi vse leto dobivalo stalno količino toplote, vpadni kot sončnega žarka bi bil ves čas konstanten, dan bi bil vedno enak noči in ne bi bilo menjave letnih časov. Na ekvatorju bi se ti pogoji malo razlikovali od sedanjih. Pomemben vpliv ima na segrevanje zemeljskega površja in s tem na celoten nagib zemeljske osi prav v zmernih geografskih širinah.

Med letom, to je med celotno revolucijo Zemlje okoli Sonca, so posebej omembe vredni štirje dnevi: 21. marec, 23. september, 22. junij, 22. december.

Tropi in polarni krogi delijo zemeljsko površje na cone, ki se razlikujejo po sončni osvetlitvi in količini prejete toplote od Sonca. Obstaja 5 svetlobnih con: severni in južni polarni pas, ki prejmeta malo svetlobe in toplote, pas z vročim podnebjem ter severni in južni pas, ki prejmeta več svetlobe in toplote kot polarni, vendar manj kot tropski. tiste.

Torej, na koncu lahko naredimo splošen zaključek: neenakomerno segrevanje in osvetlitev zemeljske površine je povezano s sferičnostjo naše Zemlje in z naklonom zemeljske osi do 66,5 ° glede na orbito okoli Sonca.

Življenje na našem planetu je odvisno od količine sončne svetlobe in toplote. Grozljivo si je celo za trenutek predstavljati, kaj bi se zgodilo, če na nebu ne bi bilo takšne zvezde, kot je Sonce. Vsaka travka, vsak list, vsaka roža potrebuje toplino in svetlobo, kot ljudje v zraku.

Vpadni kot sončnih žarkov je enak višini sonca nad obzorjem

Količina sončne svetlobe in toplote, ki doseže zemeljsko površje, je premo sorazmerna z vpadnim kotom žarkov. Sončni žarki lahko padejo na Zemljo pod kotom od 0 do 90 stopinj. Kot vpliva žarkov na zemljo je drugačen, saj je naš planet kroglast. Večji kot je, lažji in toplejši je.

Če torej žarek pride pod kotom 0 stopinj, le drsi po površini zemlje, ne da bi jo segreval. Ta vpadni kot se pojavi na severnem in južnem polu, za arktičnim krogom. Pravokotno padajo sončni žarki na ekvator in na površje med južnim in

Če je kot padanja sončnih žarkov na tla raven, to pomeni, da

Tako so žarki na zemeljski površini in višina sonca nad obzorjem enaki. Odvisne so od geografske širine. Bližje kot je zemljepisna širina nič, bližje kot je vpadni kot žarkov 90 stopinj, višje kot je sonce nad obzorjem, toplejše in svetlejše je.

Kako sonce spreminja svojo višino nad obzorjem

Višina sonca nad obzorjem ni konstantna vrednost. Nasprotno, vedno se spreminja. Razlog za to je v neprekinjenem gibanju planeta Zemlja okoli zvezde Sonce, pa tudi v vrtenju planeta Zemlja okoli lastne osi. Posledično dan sledi noči in letni časi drug za drugim.

Ozemlje med tropiki prejme največ toplote in svetlobe; tu sta dan in noč skoraj enaka, sonce pa je v zenitu 2-krat na leto.

Površje nad arktičnim krogom prejme manj toplote in svetlobe; tukaj so pojmi, kot je noč, ki trajajo približno šest mesecev.

Dnevi jesenskega in pomladnega enakonočja

Obstajajo 4 glavni astrološki datumi, ki jih določa višina sonca nad obzorjem. 23. september in 21. marec sta dneva jesenskega in pomladanskega enakonočja. To pomeni, da je višina sonca nad obzorjem septembra in marca v teh dneh 90 stopinj.

Južne in so enako osvetljene s soncem, dolžina noči pa je enaka dolžini dneva. Ko se na severni polobli začne astrološka jesen, je na južni polobli pomlad. Enako lahko rečemo za zimo in poletje. Če je na južni polobli zima, potem je na severni poletje.

Dnevi poletnega in zimskega solsticija

22. junij in 22. december sta poletna dneva in 22. december ima najkrajši dan in najdaljšo noč na severni polobli, in Zimsko sonce je na najnižji nadmorski višini nad obzorjem v celem letu.

Nad zemljepisno širino 66,5 stopinj je sonce pod obzorjem in ne vzide. Ta pojav, ko se zimsko sonce ne dvigne do obzorja, imenujemo polarna noč. Večina kratka noč se zgodi na zemljepisni širini 67 stopinj in traja samo 2 dni, najdlje pa se zgodi na polih in traja 6 mesecev!

December je mesec v celem letu, ko je na severni polobli največ dolge noči. Moški v Srednja Rusija Za delo se zbujajo v temi in se v temi vračajo. To je za mnoge težak mesec, saj pomanjkanje sončne svetlobe vpliva na fizično in psihično počutje ljudi. Zaradi tega se lahko celo razvije depresija.

V Moskvi leta 2016 bo sončni vzhod 1. decembra ob 8.33. V tem primeru bo dolžina dneva 7 ur 29 minut. Ura bo zelo zgodaj, ob 16.03. Noč bo ob 16. uri 31 minut. Tako se izkaže, da je dolžina noči 2-krat večja od dolžine dneva!

Letošnji dan Zimski solsticij- 21. decembra. Najkrajši dan bo trajal točno 7 ur. Nato bo ista situacija trajala 2 dni. In od 24. decembra naprej bo dan počasi, a zanesljivo začel prinašati dobiček.

V povprečju bo dodana ena minuta dnevne svetlobe na dan. Konec meseca bo decembra sonce vzšlo točno ob 9. uri, kar je 27 minut pozneje kot 1. decembra.

22. junij je poletni solsticij. Vse se zgodi ravno nasprotno. V celem letu je ta datum po trajanju najdaljši dan in najkrajša noč. To velja za severno poloblo.

V Južnem je obratno. S tem dnem so povezane zanimive stvari naravni pojavi. Polarni dan se začne nad arktičnim krogom; sonce ne zaide za obzorje na severnem tečaju 6 mesecev. Junija se v Sankt Peterburgu začnejo skrivnostne bele noči. Trajajo približno od sredine junija dva do tri tedne.

Vsi ti 4 astrološki datumi se lahko spremenijo za 1-2 dni, saj sončno leto ne sovpada vedno s koledarskim letom. Premiki se dogajajo tudi med prestopnimi leti.

Višina sonca nad obzorjem in podnebne razmere

Sonce je eden najpomembnejših podnebnotvornih dejavnikov. Glede na to, kako se je spreminjala višina sonca nad obzorjem nad določenim območjem zemeljske površine, podnebne razmere in letni časi.

Na primer, na skrajnem severu sončni žarki padajo pod zelo majhnim kotom in le drsijo po površini zemlje, ne da bi jo sploh segrevali. Zaradi tega dejavnika je podnebje tukaj izjemno ostro, obstaja permafrost, mrzle zime z ledenimi vetrovi in snegom.

Višja kot je sonce nad obzorjem, toplejše je podnebje. Na primer, na ekvatorju je nenavadno vroče in tropsko. Tudi v območju ekvatorja se sezonska nihanja praktično ne čutijo, na teh območjih je večno poletje.

Merjenje višine sonca nad obzorjem

Kot pravijo, je vse genialno preprosto. Tako je tukaj. Naprava za merjenje višine sonca nad obzorjem je preprosto preprosta. Je vodoravna površina s palico na sredini dolžine 1 meter. Na sončen dan opoldne vrže steber najkrajšo senco. S pomočjo te najkrajše sence se izvajajo izračuni in meritve. Izmeriti morate kot med koncem sence in segmentom, ki povezuje konec droga s koncem sence. Ta vrednost kota bo kot sonca nad obzorjem. Ta naprava se imenuje gnomon.

Gnomon je starodavno astrološko orodje. Obstajajo tudi drugi instrumenti za merjenje višine sonca nad obzorjem, kot so sekstant, kvadrant in astrolab.