Солнечная радиация и её влияние на организм человека и климат

Что называют солнечной радиацией

Природа солнечного излучения оставалась неясной до тех пор, пока в начале ХХ века выдающийся астроном Артур Эддингтон не предположил, что источником колоссальной солнечной энергии являются реакции термоядерного синтеза, которые происходят в его недрах. Температура вблизи его ядра (около 15 млн градусов) является достаточной для того, чтобы протоны преодолевали силу взаимного отталкивания и в результате столкновения образовывали ядра Гелия.

Впоследствии ученые (в частности – Альберт Эйнштейн) обнаружили, что масса ядра Гелия несколько меньше суммарной массы четырех протонов, из которых оно образуется. Этот феномен получил название дефекта масс. Проследив взаимосвязь массы и энергии, ученые обнаружили, что этот излишек выделяется в виде гамма-квантов.

При прохождении пути от ядра к поверхности Солнца через слои составляющих его газов, гамма-кванты дробятся и превращаются в электромагнитные волны, среди которых находится и видимый человеческому глазу свет. Этот процесс занимает около 10 млн лет. А для достижения солнечного излучения земной поверхности требуется всего 8 минут.

Солнечная радиация включает в себя электромагнитные волны с широким диапазоном и солнечный ветер, который представляет собою поток лёгких частиц и электронов.

Влияние солнечной радиации на климат Земли

Решающее влияние на климат Земли оказывает инфракрасная составляющая солнечной радиации.

Понятно, что это происходит лишь в то время, когда Солнце находится над горизонтом. Это влияние зависит от удалённости нашей планеты от Солнца, которое изменяется в течение года. Орбита Земли представляет собой эллипс, внутри которого и находится Солнце. Совершая свой годичный путь вокруг Солнца, Земля то удаляется от своего светила, то приближается к нему.

Кроме изменения расстояния, количество поступающей на землю радиации, определяется наклоном земной оси к плоскости орбиты (66,5°) и вызываемой ею сменой времён года. Летом она больше, чем зимой. На экваторе этого фактора нет, но по мере роста широты места наблюдения, разрыв между летом и зимой становится значительным.

В процессах, происходящих на Солнце, имеют место всевозможные катаклизмы. Их воздействие отчасти нивелировано огромными расстояниями, защитными свойствами земной атмосферы и магнитным полем Земли.

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.

Защита от солнечной радиации

Ультрафиолетовое излучение, исходящее от Солнца – сильный раздражитель, которого надо избегать. Длительное нахождение под воздействием солнечных лучей может иметь следующие последствия для человека:

• ожоги;
• обострение хронических болезней;
• общий перегрев.

Чтобы солнечная радиация не смогла навредить здоровью человека, надо придерживаться следующих рекомендаций:

• ограничивать продолжительность загара и заниматься этим до или после обеда;
• во время пребывания на улице в солнечный день надевать одежду с длинным рукавом, солнцезащитные очки и широкополую шляпу или кепку;
• загорая на пляже, пользоваться специальными солнцезащитными кремами.

Людям, которые любят загорать в ясные летние дни, надо быть очень осторожными. Грудным детям и старикам с заболеваниями сердца нужно меньше находиться под солнцем и больше времени проводить в тени.

Радиационный баланс земной поверхности

Разность между поглощенной радиацией и эффективным излучением

R = (I sinh + i)(1 — A) — Ee

называют радиационным балансом земной поверхности. Другое ее название — остаточная радиация.

Радиационный баланс переходит от ночных, отрицательных значений к дневным, положительным после восхода солнца при высоте его 10-15°. От положительных значений к отрицательным он переходит перед заходом солнца при той же его высоте над горизонтом. При наличии снежного покрова радиационный баланс переходит к положительным значениям только при высоте солнца около 20-25°, так как при большом альбедо снега поглощение им суммарной радиации мало. Днем радиационный баланс растет с увеличением высоты солнца и убывает с ее уменьшением. В ночные часы, когда суммарная радиация отсутствует, отрицательный радиационный баланс равен эффективному излучению и потому меняется в течение ночи мало, если только условия облачности остаются одинаковыми.

Отдельные особенности

Необходимо четко запомнить момент, который неявно уже проскакивал между строк: соотношение между прямой и рассеянной радиацией в общей сумме может меняться. Это зависит от прозрачности атмосферы, облачности и высоты солнца. Также различается пропорция между ними на разных широтах. Например, в (суб)полярных областях рассеянная радиация составляет около 70% от всего потока. На эту величину, кроме низкого положения Солнца, оказывает влияние еще и многочисленное отражение от снежной поверхности. Но, начиная с умеренных широт, начинает преобладать постоянная. Особенно велико ее значение во внутриконтинентальных тропических пустынях, как-то Сахара и Аравия. По мере роста высоты места над уровнем моря растет показатель суммарной радиации. Это связано с тем, что уменьшается количество препятствий.

Дневной свет

Вследствие рассеяния свет, идущий от солнца, при прохождении слоев атмосфер изменяет цвет. Практическое значение рассеяния — в создании дневного света. Если бы Земля была лишена атмосферы, освещение существовало бы лишь в местах попадания прямых или отраженных поверхностью лучей солнца. То есть атмосфера — источник освещения днем. Благодаря ей светло и в местах, недоступных прямым лучам, и тогда, когда солнце скрывается за тучами. Именно рассеяние придает воздуху цвет — мы видим небо голубым.

А от чего зависит солнечная радиация еще? Не следует сбрасывать со счетов и фактор мутности. Ведь ослабление радиации происходит двумя путями — собственно атмосферой и водяным паром, а также различными примесями. Уровень запыленности возрастает летом (как и содержание в атмосфере водяного пара).

Короткие лучи против рахита

Данил Сергеевич Симановский, педиатр :

– Солнечные лучи крайне важны для всех, и в первую очередь для детей. К сожалению, в Петербурге солнце нас не балует, особенно зимой и ранней весной. А между тем все суточные ритмы в нашем организме связаны с солнечным светом. Поэтому детям так тяжело вставать в школу и садик темным питерским утром. В темное время года маленький человечек ощутимо хуже переносит психические нагрузки. В это время у детей быстрее развиваются разнообразные функциональные расстройства нервной системы, а родители говорят о снижении иммунитета у их чад.

Для детей крайне важны ультрафиолетовые лучи более короткой длины – так называемого антирахитического спектра. Они стимулируют в коже процесс выработки витамина D, который необходим для нормального роста и развития ребенка, и в первую очередь его костей. Но не сам витамин D вызывает рост кости. Он лишь направляет кальций в нужное место в организме в нужное время.

Избыток витамина D у детей опаснее, чем его недостаток. Поэтому родителям, особенно детей до года, необходимо проконсультироваться с педиатром о режиме использования препаратов витамина D в связи с изменением сезона и степени освещенности. Обычная профилактическая доза, не требующая постоянного контроля, это 400–500 МЕ (международных единиц) в сутки. Назначение больших доз витамина D в сочетании с применением искусственного ультрафиолетового облучения и употреблением продуктов, обогащенных витамином D, требует подтверждения предполагаемого дефицита витамина D и контроля в процессе лечения. Для измерения уровня витамина D нужно сделать специальный анализ крови.

Избыток витамина D у детей опаснее, чем его недостаток

С появлением солнца весной в организме ребенка начинает вырабатываться собственный витамин D, и он суммируется с тем же витамином из продуктов питания и лекарств. В результате возникает избыток, что приводит в какой-то момент к снижению уровня кальция в крови. Это может проявляться мышечными подергиваниями, болями в мышцах, особенно ночными, иногда даже напоминающими судорожные, навязчивыми движениями. Это называется спазмофилией. Часто родители, да и врачи, при таких жалобах увеличивают дозу витамина D, что, разумеется, не помогает, а наоборот, только ухудшает ситуацию. Перед походом на профилактический осмотр к педиатру в весеннее время предварительно посчитайте весь витамин D, который получает ваш ребенок, учитывая детские смеси, кисломолочные продукты, детские каши, пюре, обогащенные витаминами.

Передозировка витамина D возможна только при приеме препаратов витамина D. Избыток в пищевом рационе не может вызвать гипервитаминоз, даже в сочетании с длительным пребыванием на солнце.

Синтез витамина Д

При воздействии на эпидермис энергия солнечного излучения преобразуется в тепло или расходуется на фотохимические реакции, в результате которых в организме осуществляются различные биохимические процессы.

Поступление витамина Д происходит двумя путями:

• эндогенным — за счет образования в коже под воздействием УФ-лучей В;
• экзогенным — за счет поступления с пищей.

Эндогенный путь – это довольно сложный процесс реакций, протекающих без участия ферментов, но при обязательном участии УФ-облучения В-лучами. При достаточной и регулярной инсоляции количество витамина Д3, синтезируемого в коже во время фотохимических реакций, в полной мере обеспечивает все потребности организма.

Эффективное излучение

Встречное излучение всегда несколько меньше земного. Поэтому ночью, когда солнечной радиации нет и к земной поверхности приходит только встречное излучение, земная поверхность теряет тепло за счет положительной разности между собственным и встречным излучением. Эту разность между собственным излучением земной поверхности и встречным излучением атмосферы называют эффективным излучением (Е_е):

E_e = E_s — E_a

Эффективное излучение представляет собой чистую потерю лучистой энергии, а следовательно, и тепла с земной поверхности ночью.

Интенсивность эффективного излучения в ясные ночи составляет около 0,10-0,15 кал/см2 мин на равнинных станциях умеренных широт и до 0,20 кал/см2 мин на высокогорных станциях. С возрастанием облачности, увеличивающей встречное излучение, эффективное излучение убывает. В облачную погоду оно гораздо меньше, чем в ясную.

Эффективное излучение, существует и в дневные часы. Но днем оно перекрывается или частично компенсируется поглощенной солнечной радиацией. Поэтому земная поверхность днем теплее, чем ночью.

В общем земная поверхность в средних широтах теряет эффективным излучением примерно половину того количества тепла, которое она получает от поглощенной радиации.

Состав и мощность

Спектр солнечного излучения над атмосферой и у поверхности. Выделяются экстремальные ультрафиолетовые и рентгеновские лучи (слева от показанного диапазона длин волн), но они составляют очень небольшую часть общей выходной мощности Солнца.

Спектр солнечного излучения Солнца близок к спектру черного тела с температурой около 5.800  K . Солнце испускает электромагнитное излучение в большей части электромагнитного спектра . Хотя Солнце производит гамма-лучи в результате процесса ядерного синтеза , внутреннее поглощение и термализация преобразуют эти фотоны сверхвысокой энергии в фотоны более низкой энергии, прежде чем они достигнут поверхности Солнца и испускаются в космос. В результате Солнце не испускает гамма-лучи в результате этого процесса, но оно испускает гамма-лучи от солнечных вспышек . Солнце также излучает рентгеновские лучи , ультрафиолет , видимый свет , инфракрасный свет и даже радиоволны ; единственная прямая подпись ядерного процесса — испускание нейтрино .

Хотя солнечная корона является источником экстремального ультрафиолетового и рентгеновского излучения, эти лучи составляют лишь очень небольшую часть выходной мощности Солнца (см. Спектр справа). Спектр почти всего солнечного электромагнитного излучения, падающего на атмосферу Земли, составляет от 100  нм до примерно 1  мм (1000000 нм). Эту полосу значительной мощности излучения можно разделить на пять областей в порядке возрастания длин волн :

• Ультрафиолетовый C или (UVC) диапазон, который охватывает диапазон от 100 до 280 нм. Термин ультрафиолетовое излучение относится к тому факту, что излучение имеет более высокую частоту, чем фиолетовый свет (и, следовательно, также невидимо для человеческого глаза ). Из-за поглощения атмосферой очень мало достигает поверхности Земли. Этот спектр излучения обладает бактерицидными свойствами , как и в бактерицидных лампах .
• Ультрафиолетовый диапазон B или (UVB) составляет от 280 до 315 нм. Он также сильно поглощается атмосферой Земли и вместе с ультрафиолетовым излучением вызывает фотохимическую реакцию, приводящую к образованию озонового слоя . Он напрямую повреждает ДНК и вызывает солнечный ожог . В дополнение к этому краткосрочному эффекту он ускоряет старение кожи и значительно способствует развитию рака кожи, но также необходим для синтеза витамина D в коже млекопитающих.
• Ультрафиолетовый диапазон A или (UVA) составляет от 315 до 400 нм. Когда-то считалось , что эта повязка менее повреждает ДНК , и поэтому она используется в косметическом искусственном солярии ( солярии и солярии ) и ПУВА- терапии псориаза . Однако теперь известно, что УФА вызывает значительные повреждения ДНК косвенными путями (образование свободных радикалов и активных форм кислорода ) и может вызывать рак.
• Видимый диапазон или световой диапазон от 380 до 700 нм. Как следует из названия, этот диапазон виден невооруженным глазом. Это также самый сильный выходной диапазон из полного спектра излучения Солнца.
• Инфракрасный диапазон от 700 до 1 000 000 нм (1  мм ). Он составляет важную часть электромагнитного излучения, достигающего Земли. Ученые делят инфракрасный диапазон на три типа в зависимости от длины волны:
  • Инфракрасный-A: от 700 до 1400 нм
  • Инфракрасный-B: от 1400 до 3000 нм
  • Инфракрасный-C: от 3000 нм до 1 мм.

Опубликованные таблицы

Таблицы прямого солнечного излучения на различных склонах от 0 до 60 градусов северной широты, в калориях на квадратный сантиметр, выпущенные в 1972 году и опубликованные Тихоокеанской Северо-западной экспериментальной станцией по лесам и диапазонам лесной службы Министерства сельского хозяйства США, Портленд, Орегон, США. появляются в сети.

Суммарная радиация

Суммарная радиация у поверхности Земли в различных условиях облачности / / Теплообмен в атмосфере.  

Суммарная радиация создает для ее обитателей т.н. световой режим.  

Ослабление солнечной радиации.

Приходящая на земную поверхность суммарная радиация создает для ее обитателей световой режим, составляющими которого является прямой и рассеянный свет. Соотношение между ними закономерно изменяется в зависимости от географической широты. В полярных районах преобладает рассеянная радиация, составляющая около 70 % лучистого потока, а в экваториальных областях она не превышает 30 %, что обусловлено лучшим прохождением лучей прямой радиации через более тонкий слой атмосферы.  

Схема радиационного пирометра рефлекторного типа.

Этот метод основан на измерении суммарной радиации Ет с помощью так называемого радиационного пирометра. Схема такого пирометра рефлекторного типа представлена на рис. 25.1. С помощью объектива 4, зеркал 1 и окуляра 5 пирометр визуально наводится на излучающий объект. В качестве приемника в радиационных пирометрах чаще всего употребляются термопары или болометры. Иногда используют биметаллическую спираль, изгибающуюся при нагревании.  

Для излучения это означает, что суммарная радиация не будет черной.  

Из таблицы видно, что величина часовой и месячной суммарной радиации в Ташкенте в 4 — 5 раз выше, чем в Якутске, годовой соответственно в 1 3 — 1 6 раза. Неодинаково изменение этих показателей и во времени. Это свидетельствует о том, что рабочие одних и тех же профессий, профессионального уровня, жизненного опыта, состояния здоровья работают в Якутске и в Ташкенте в существенно разных условиях.  

Коэффициенты пропускания двухслойного купола при ясном небе.

Анализ приведенных данных показывает, что пропускание суммарной радиации различными участками купола в данный момент времени неодинаково.  

Наклон плоскости ложа вызван необходимостью увеличить сумму рассеянной и суммарной радиации на поверхность тела человека, принимающего солнечные ванны.  

Ультрафиолетовая радиация составляет около 5 — 10 % суммарной радиации, достигающей поверхности Земли.  

Влияние освоения территории на радиационный баланс выражается в ослаблении интенсивности суммарной радиации, увеличении поглощения коротковолновой радиации п уменьшении эффективного излучения Земли. Причиной этого является индустриальное загрязнение атмосферы на территориях промышленных предприятий и городов, а также изменение в черте застройки свойств подстилающей поверхности. Наибольшие изменения составляющих радиационного баланса происходят при наличии на застроенной территории дымовых покрывал.  

Здесь имеется в виду практическое отсутствие зависимости срочных значений интенсивности суммарной радиации от температуры воздуха. Вообще в годовом и суточном ходе изменение поступлений тепла от солнца не только связано, но и определяет колебания температуры наружного воздуха. Но в определенный час ( срок) и день безоблачных летних суток интенсивность суммарной солнечной радиации практически не зависит от температуры воздуха.  

В Австрии рассеянная радиация составляет 50 — 55 % годовых сумм суммарной радиации. Для Зоннблика эта цифра колеблется от 70 % в мае до 32 % в октябре, который обычно является солнечным месяцем.  

Радиация солнца: спектральный состав

Абсолютное большинство (около 99%) солнечной энергии в спектре лежит в интервале длин волн от 0,1 до 4 мкм. Оставшийся 1% — лучи большей и меньшей длины, включая радиоволны и рентгеновское излучение. Около половины лучистой энергии солнца приходится на тот спектр, который мы воспринимаем взглядом, примерно 44% — на инфракрасное излучение, 9% — на ультрафиолетовое. Откуда нам известно, как делится солнечная радиация? Расчет ее распределения возможен благодаря исследованиям с космических спутников.

Есть вещества, способные приходить в особое состояние и излучать дополнительную радиацию другого волнового диапазона. К примеру, встречается свечение при низких температурах, не характерных для испускания света данным веществом. Данный вид радиации, получивший название люминесцентной, не поддается обычным принципам теплового излучения.

Явление люминесценции происходит после поглощения веществом некоторого количества энергии и перехода в другое состояние (т. н. возбужденное), более энергетически высокое, чем при собственной температуре вещества. Люминесценция появляется при обратном переходе — из возбужденного в привычное состояние. В природе мы можем наблюдать ее в виде ночных свечений неба и полярного сияния.

Распределение солнечного излучения по территории Земли

Далеко не всё излучение, идущее от Солнца, достигает поверхности земли. И причин для этого немало. Земля стойко отражает атаку тех лучей, которые губительны для её биосферы. Эту функцию выполняет озоновый щит нашей планеты, не пропуская наиболее агрессивную часть ультрафиолетового излучения. Атмосферный фильтр в виде водяного пара, углекислого газа, взвешенных в воздухе пылевых частиц — в значительной степени отражает, рассеивает и поглощает солнечное излучение.

Та его часть, которая преодолела все эти преграды, падает на поверхность земли под разными углами, зависящими от широты местности. Живительное солнечное тепло распределяется по территории нашей планеты неравномерно. По мере изменения высоты стояния солнца в течение года над горизонтом изменяется масса воздуха, через которую пролегает путь солнечных лучей. Все это оказывает влияние на распределение интенсивности солнечного излучения по территории планеты. Общая тенденция такова — этот параметр увеличивается от полюса к экватору, так как чем больше угол падения лучей, тем больше тепла попадает на единицу площади.

Карты солнечной радиации позволяют иметь картину распределения интенсивности солнечного излучения по территории Земли.

Как меняется солнечная радиация по сезонам года?

На экваторе и в тропиках высота Солнца над горизонтом по сезонам года меняется незначительно (часто говорят, что там не бывает зимы, или выделяют только два сезона: сухой и влажный). Чем выше широта места, тем больше различий между летом и зимой. Максимальны эти различия на полюсе, где зимой солнце вообще не светит. А в умеренном поясе выделяются четыре времени года.

Летом на севере солнце поднимается не так высоко, как на юге, зато продолжительность дня там больше. Поэтому летом в высоких широтах поступление солнечной радиации больше, чем даже на экваторе! Например, в целом за июль суммарная солнечная радиация на земном шаре максимальна на Северном полюсе, где она почти на 40% больше, чем на экваторе (правда, на Северном полюсе большая её часть отражается снегом), и на 20% больше, чем на параллели 60° с. ш.

С приближением холодов всё резко меняется. В сентябре па параллели 60° с. ш. суммарная радиация уже вдвое меньше, чем на экваторе, а в декабре — почти в 20 раз меньше! (На Северном полюсе с 24 сентября её поступление уже равно нулю.) Для наших широт характерны огромные колебания в поступлении солнечной радиации по сезонам года (летом — почти как на экваторе, зимой — в десятки раз меньше, а за полярным кругом — почти ничего). Поэтому значимость короткого лета (когда наша территория получает основную часть солнечной радиации) в России, в отличие от других стран, особенно велика. За эго время нужно не только сделать все основные работы в сельском хозяйстве, но и подготовиться к суровой зиме.

ЧЕМ ДАЛЬШЕ ОТ ЭКВАТОРА И ЧЕМ БЛИЖЕ К ПОЛЮСАМ, ТЕМ СИЛЬНЕЕ СЕЗОННЫЕ РАЗЛИЧИЯ.

Как мы измеряем радиацию?

Чтобы измерить солнечное излучение, которое мы получаем в точке, мы используем устройство, называемое пиранометром. Эта секция состоит из датчика, заключенного в прозрачную полусферу, которая пропускает все излучение очень малой длины волны. Этот датчик имеет чередующиеся черные и белые сегменты, которые по-разному поглощают количество излучения. Температурный контраст между этими сегментами откалиброван в соответствии с потоком излучения. (измеряется в ваттах на квадратный метр).

Оценка количества получаемого нами солнечного излучения также может быть получена путем измерения количества часов солнечного света, которые мы имеем. Для этого мы используем инструмент, называемый гелиографом. Он образован стеклянной сферой, ориентированной на географический юг, которая действует как большое увеличительное стекло, концентрируя все получаемое излучение в точке накаливания, которая прожигает специальную бумажную ленту с градуированными часами дня.

Виды солнечного излучения

В зависимости от происхождения и характеристик солнечного излучения бывают разные виды. Мы собираемся сосредоточиться на определении различных типов и их основных характеристик:

Прямое солнечное излучение

Это о том, что он исходит прямо от солнца и мало меняет направление. Это можно увидеть под влиянием ветра, но не в значительной степени. В ветреные дни можно почувствовать снижение жары. На поверхностях жара не так сильно действует при сильном ветровом режиме. Этот тип излучения имеет главную характеристику, а именно то, что он может отбрасывать определенную тень от любого непрозрачного объекта, который его перехватывает.

Рассеянное солнечное излучение

Это часть излучения, которое доходит до нас от солнца и которое отражается или поглощается облаками. Он известен под названием диффузный, поскольку распространяется во всех направлениях. Этот процесс происходит из-за отражений и поглощений не только от облаков, но и от некоторых частиц, плавающих в атмосфере. Эти частицы называются атмосферной пылью и способны рассеивать солнечное излучение. Его также называют диффузным, поскольку он отражается некоторыми объектами, такими как горы, деревья, здания и сама земля, в зависимости от ее состава.

Основная характеристика этого излучения состоит в том, что он не отбрасывает тень на вставленные непрозрачные объекты. Горизонтальные поверхности — это те места, где присутствует большее количество рассеянного излучения. С вертикальными поверхностями происходит обратное, так как контакт практически отсутствует.

Отраженное солнечное излучение

Это тот, который отражает поверхность земли. Не все излучение, которое доходит до нас от солнца, поглощается поверхностью, но часть его отклоняется. Это количество излучения, которое отклоняется от поверхности, известно как альбедо. Альбедо Земли сильно увеличивается из-за изменения климата и таяния полярных ледяных шапок.

Горизонтальные поверхности не получают отраженного излучения любого типа, так как они не видят земную поверхность. Противоположное дело обстоит с рассеянным солнечным излучением. В таком случае, именно вертикальные поверхности получают наибольшее количество отраженного излучения.

Глобальная солнечная радиация

Можно сказать, что это общая радиация, существующая на планете. Это сумма трех излучений. названный выше. Возьмем для примера полностью солнечный день. Здесь будет прямое излучение, которое превосходит диффузное излучение. Однако в пасмурный день не будет прямой радиации, но все попадание будет рассеянным.

Влияние солнца на кожу

Избыточное количество солнечной радиации приводит к серьезным проблемам с кожей. В краткосрочной перспективе вы рискуете заработать ожог или дерматит. Это самая малая проблема, с которой вы можете столкнуться, увлекшись загаром в жаркий день. Если подобная ситуация повторяется с завидной регулярностью, излучение солнца станет толчком к формированию злокачественных образований на коже, меланом.

Помимо этого, воздействие ультрафиолета иссушает кожу, делая ее более тонкой и чувствительной. А постоянное пребывание под прямыми лучами ускоряет процесс старения, провоцируя появление ранних морщин.

Дабы обезопасить себя от негативного влияния солнечной радиации, достаточно соблюдать простые меры безопасности:

1. В летнее время года обязательно используйте солнцезащитный крем? Нанося его на все открытые участки тела, включая лицо, руки, ноги и зону декольте. Значок SPF на упаковке – это и есть та самая защита от ультрафиолета. И степень ее будет зависеть от цифры, указанной возле аббревиатуры. Для похода в магазин подойдет косметика с уровнем SPF 15 или SPF 20. Если планируете провести время на пляже, используйте специальные средства с более высокими показателями. Для детской кожи подходит крем с максимальной защитой SPF 50.
2. При необходимости длительного пребывания на улице при максимальной интенсивности солнечного излучения надевайте одежду из легких тканей с длинным рукавом. Обязательно носите шляпу с широкими полями, чтобы скрыть нежную кожу лица.
3. Контролируйте продолжительность солнечных ванн. Рекомендуемое время – 15-20 минут. В случае более продолжительного пребывания на улице, постарайтесь укрыться от прямых солнечных лучей в тени деревьев.

И помните, что в летнее время года солнечное излучение воздействует на кожу в любое время суток, за исключением ночных часов. Вы можете не ощущать явного тепла от инфракрасных волн, но вот ультрафиолет сохраняет высокий уровень активности, как утром, так и после полудня.

Измерение

Исследователи могут измерить интенсивность солнечного света с помощью регистратора солнечного света , пиранометра или пиргелиометра

Для того, чтобы рассчитать количество солнечного света , достигающего земли, как эксцентричность в земной эллиптической орбите и на атмосферу Земли, должны быть приняты во внимание. Внеземная солнечная освещенность ( E ext ), скорректированная с учетом эллиптической орбиты с использованием номера дня года (dn), в хорошем приближении дается формулой

EеИкстзнак равноEsc⋅(1+0,033412⋅потому что⁡(2πdп-3365)),{\ displaystyle E _ {\ rm {ext}} = E _ {\ rm {sc}} \ cdot \ left (1 + 0,033412 \ cdot \ cos \ left (2 \ pi {\ frac {{\ rm {dn}}) — 3} {365}} \ right) \ right),}

где 1 января dn = 1; 1 февраля dn = 32; 1 марта dn = 59 (кроме високосных, где dn = 60) и т. д. В этой формуле используется dn – 3, потому что в наше время , наиболее близкий к Солнцу и, следовательно, максимальный E _ext происходит примерно 3 января каждого года. Значение 0,033412 определяется с учетом того, что отношение между квадратом перигелия (0,98328989 AU) и афелием (1,01671033 AU) в квадрате должно быть приблизительно 0,935338.

Постоянная солнечной освещенности ( E _sc ) равна 128 × 10 3  люкс . Прямая нормальная освещенность ( E _dn ), скорректированная с учетом ослабляющих эффектов атмосферы, определяется по формуле:

Edпзнак равноEеИксте-cм,{\ displaystyle E _ {\ rm {dn}} = E _ {\ rm {ext}} \, e ^ {- cm},}

где с представляет собой атмосферное исчезновение и м является относительной оптической воздушной массой . Атмосферное вымирание привело к снижению количества люксов примерно до 100 000 люкс.

Общее количество энергии, полученной на уровне земли от Солнца в зените, зависит от расстояния до Солнца и, следовательно, от времени года. Это примерно на 3,3% выше среднего в январе и на 3,3% ниже в июле (см. Ниже). Если внеземное солнечное излучение составляет 1367 Вт на квадратный метр (значение, когда расстояние Земля-Солнце составляет 1 астрономическую единицу ), то прямой солнечный свет на поверхности Земли, когда Солнце находится в зените, составляет около 1050 Вт / м 2 , но общее количество (прямое и косвенное из атмосферы), падающее на землю, составляет около 1120 Вт / м 2 . Что касается энергии, солнечный свет на поверхности Земли составляет от 52 до 55 процентов инфракрасного (выше 700 нм ), от 42 до 43 процентов видимого (от 400 до 700 нм) и от 3 до 5 процентов ультрафиолетового (ниже 400 нм). В верхней части атмосферы солнечный свет примерно на 30% интенсивнее, имеет около 8% ультрафиолета (УФ), причем большая часть дополнительного ультрафиолета состоит из биологически разрушающего коротковолнового ультрафиолета.

Прямой солнечный свет имеет световую отдачу около 93  люмен на ватт лучистого потока . Умножение показателя 1050 ватт на квадратный метр на 93 люмена на ватт показывает, что яркий солнечный свет обеспечивает освещенность приблизительно 98 000 люкс ( люмен на квадратный метр) на перпендикулярной поверхности на уровне моря. Освещенность горизонтальной поверхности будет значительно меньше, если Солнце находится не очень высоко в небе. В среднем за день наибольшее количество солнечного света на горизонтальной поверхности приходится на январь на Южном полюсе (см. Инсоляцию ).

Разделив энергетическую яркость 1050 Вт / м 2 на размер солнечного диска в стерадианах, мы получим среднюю яркость 15,4 МВт на квадратный метр на стерадиан. (Однако яркость в центре солнечного диска несколько выше, чем в среднем по всему диску из-за потемнения к краю .) Умножение этого на π дает верхний предел освещенности, которую можно сфокусировать на поверхности с помощью зеркал: 48,5 МВт / м 2 .

Как влияет на организм?

Излучаемая Солнцем радиация состоит из ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной частей. В них содержится различная энергия и поэтому они могут по-разному влиять на человека:

1. Тепловой эффект. Он появляется из-за влияния инфракрасного излучения и сопровождается расширением сосудов, которое приводит к улучшению кровотока. В результате теплового эффекта и людей расслабляются мышцы и лучше усваиваются биологически активные микроэлементы.
2. Фотохимическое действие. Видимое солнечное излучение активизирует работу зрительного органа, благодаря чему человек может познавать окружающий мир. Поступающий свет от Солнца благоприятно влияет на работоспособность коры мозга и нормализует биоритмы человека. Нарушение биологических ритмов может привести к ухудшению самочувствия, бессоннице и развитию депрессии.
3. Ультрафиолетовое воздействие. Недостаток ультрафиолета может негативно сказаться на здоровье людей. Ослабляется иммунная система, замедляется процесс вырабатывания жизненно важных веществ, обостряются хронические болезни и развиваются психические расстройства.

Как происходит распределение

Однородна ли солнечная радиация? Виды ее после всех «потерь» в атмосфере могут различаться по своему спектральному составу. Ведь лучи с различными длинами и рассеиваются, и поглощаются по-разному. В среднем атмосферой поглощается около 23% ее первоначального количества. Примерно 26% всего потока превращается в рассеянную радиацию, 2/3 которой попадает затем на Землю. В сущности, это уже другой вид радиации, отличный от первоначального. Рассеянная радиация посылается на Землю не диском Солнца, а небесным сводом. Она имеет другой спектральный состав.

Поглощает радиацию главным образом озон — видимый спектр, и ультрафиолетовые лучи. Излучение инфракрасного диапазона поглощается углекислым газом (диоксидом углерода), которого, кстати, в атмосфере очень немного.

Рассеяние радиации, ослабляющее ее, происходит для любых длин волн спектра. В процессе его частицы, попадая под электромагнитное воздействие, перераспределяют энергию падающей волны во всех направлениях. То есть частицы служат точечными источниками энергии.

Солнечная радиация – что это?

Солнечная радиация – энергетическое излучение, которое непрерывно поступает на Землю. Распространение энергии осуществляется в форме электромагнитных волн. Ежесекундно они преодолевают расстояние в 300 000 километров и в течение 8 минут достигают Земли.

На земную поверхность попадает как рассеянные, так и прямые лучи Солнца. Именно благодаря рассеиванию поступающих лучей в атмосфере, днем небо окрашено в голубоватый оттенок. Оранжевый окрас солнечного диска обуславливается тем, что его лучи практически не рассеиваются.

В течение 2-3 дней Земли достигает «солнечный ветер». Он состоит из огромного количества ядер водорода, гелия и электронов. Именно этим и обусловлено то, что солнечное излучение оказывает серьезное воздействие на человека и планету в целом.