Енергія Сонця

 Джерелом метеорологічних, гідрологічних, хімічних, біологічних та інших процесів, що протікають на земній кулі, є сонячна енергія. Вся інша надходить енергія (випромінювання зірок і планет, космічні промені, внутрішня теплота Землі та ін) мізерно мала в порівнянні з енергією Сонця. Сонце — основне джерело життя на нашій планеті і творець енергетичних запасів, які все більшою мірою використовуються людиною (нафта, кам’яне вугілля, гідроресурси, енергія вітру та ін). Сонце висвітлювало і гріло Землю протягом всієї її історії.

Сонячні промені, поширюючись у світовому просторі зі швидкістю 300 000 км/сек, проходять шлях від Сонця до Землі, рівний близько 150 000 000 км, за 8,3 хвилини. Незважаючи на величезну відстань, яка відділяє нас від Сонця, і положення Землі в космічному просторі, поверхня землі і нижні шари атмосфери нагріваються сонячними променями досить сильно, щоб підтримати життя на нашій планеті.

Загальна кількість енергії, одержуваної Землею від Сонця, можна порівняти з кількістю енергії, створюваної безперервною роботою 543 млрд. парових машин в 400 л. с. кожна. А адже це колосальна кількість енергії, яку отримує земна куля, є лише незначною часткою променистої енергії, испускаемой Сонцем! Обчислення показують, що вона становить приблизно одну двомільярдний частку всієї енергії Сонця. Основна ж частина сонячної енергії розсіюється у світовому просторі. Щоб уявити її розміри, скажемо, що вона достатня, щоб вся вода, що міститься в морях і океанах Землі, закипіла за 1,5 секунди.

Звідки ж на Сонці стільки енергії? Це питання завжди привертав увагу вчених. Якщо б Сонце складалося з пального речовини, то згідно з розрахунками його енергії вистачило б ненадовго. Зокрема, якщо б Сонце складалося з кам’яного вугілля, то воно згоріло б за 2000-3000 років. З різних даних випливає, що в даний час Сонце випускає приблизно таку ж кількість енергії, яку воно испускало мільярди років тому. Ще не так давно побутувала думка, що освіта настільки жахливого кількості енергії зобов’язана стиску, який випробують Сонцем. Але тоді сонячної енергії вистачило б лише на кілька десятків мільйонів років. Причину неиссякаемости сонячної енергії пояснила сучасна фізика.

Відомо, що тіла Всесвіту складаються з атомів. Атомні ядра містять у собі величезні запаси енергії, що виділяється при розщеплення ядра. Як відомо, розщеплення атомного ядра та отримання атомної енергії виробляються з допомогою спеціальних установок. Інакше це відбувається на Сонці. При температурі в надрах Сонця, що досягає за обчисленнями 16 млн. градусів, і колосальний тиск атоми водню, що становлять 90% маси Сонця, розщеплюються. Відбувається безперервний процес перетворення атомів одних елементів в атоми інших. В результаті ядерної реакції виділяється внутріатомної енергія. Таким чином, джерелом сонячної енергії є ядерні перетворення. При утворенні з водню 1 г гелію виділяється 155 млрд. кал. На це витрачається незначна кількість речовини — 0,007 р. Для розмірів Сонця ця втрата виражається в 4 200 000 т/сек. Однак вона мало відбивається на «згоранні» Сонця, так як запаси водню на Сонці настільки величезні, що їх вистачить ще на багато мільярдів років.

При високій температурі гази в надрах Сонця дуже щільні. З надр Сонця вони прагнуть назовні і до його поверхні добираються протягом декількох тисяч років. При цьому температура газів поступово підвищується і змінюється їх кількість. На поверхні Сонця температура газів досягає 6000°.

Сонце випромінює енергію у вигляді електромагнітних хвиль різної довжини, проте основна частина сонячної радіації, що досягає нашої планети, має довжину хвилі 0,17—4 мікрона. При цьому 7% її становить ультрафіолетова радіація з довжиною хвиль від 0,17 до 0,35 мікрона, 46% —світлова радіація з довжиною хвиль в межах 0,35—0,76 мкм і 47%.—інфрачервона радіація з довжиною хвилі від 0,76 до 4 мікрон.

Незважаючи на невеликий відсоток ультрафіолетового випромінювання Сонця, ця радіація відіграє дуже важливу роль у хімічних перетвореннях атмосферних газів і майже повністю затримується в верхніх шарах атмосфери. Незначна її частина, що досягає поверхні землі, робить сильний вплив на тваринний і рослинний світ.

Інтенсивність сонячної радіації. За одиницю вимірювання інтенсивності сонячної радіації прийнято кількість тепла в калориях2, яке отримує 1 см2 поверхні, перпендикулярної до сонячних променів, у 1 хвилину (кал/см2мин). Як показують результати обробки численних спостережень, при відсутності атмосфери інтенсивність сонячної радіації в середньому становить близько 2 кал/см2мин, точніше 1,98 кал. Цю величину прийнято називати сонячної постійної. Величина сонячної постійної піддається невеликим змінам в залежності від відстані між Землею і Сонцем. Так як рух Землі навколо Сонця відбувається не по колу, а по еліпсу, в одному з фокусів якого знаходиться Сонце, то протягом року відстань між Землею і Сонцем змінюється. Найменша відстань між Сонцем і Землею буває близько 3 січня, найбільша — 3 липня. Інтенсивність сонячної радіації, характеризується сонячної постійної, відчуває деякі, правда незначні коливання в залежності від активності процесів на Сонці.

Якщо б кожен квадратний сантиметр земної поверхні, перпендикулярної до сонячних променів, при відсутності атмосфери отримував в 1 хвилину 1,98 кал, то протягом року при тих же умовах він отримав би близько 1000 ккал тепла. Але так як Земля близька за формою до кулі і сонячні промені не скрізь падають прямовисно, та при цьому внаслідок обертання Землі навколо своєї осі завжди освітлена тільки половина земної кулі, то за рік на 1 см2 на верхній межі атмосфери надходить в середньому лише четверта частина названої величини, тобто близько 260 ккал/см2. З цієї кількості сонячного тепла поверхнею землі і атмосферою поглинається лише 166 ккал/см2 рік. Інша частина відображається в світовий простір. Досягає поверхні землі і поглинається нею до 70% загальної кількості радіації, використаної Землею, а 30% затримується атмосферою.

Однак і на різні ділянки Землі сонячна енергія надходить в неоднаковій кількості. Це залежить від ряду умов.

Наука, що займається вивченням припливу і витрати сонячної енергії, називається актинометрией. Вона є одним з розділів метеорології.

ПОДІЛИТИСЯ: