. Солнечная энергия источник для процессов происходящих на поверхности земли

Источники солнечной энергии

Первые гипотезы. Геология подтверждает, что Солнце освещало и обогревало Землю сотни миллионов лет назад примерно также как сегодня. Значит, температура Солнца на протяжении чрезвычайно долгого времени остается относительно постоянной.

Между тем, при огромном расходе тепла, которое идет непрерывно от Солнца, оно непременно должно охлаждаться ежегодно на несколько градусов, как показывают вычисления. Но так как этого не происходит, то потеря тепла от испускания лучей, очевидно, постоянно восполняется из какого-то источника.

Источники солнечной энергии являются одним из наиболее важных вопросов в науке. В поисках его решения физики XIX в. испробовали все известные возможные источники энергии: падение метеоритов, химические реакции (горение, прежде всего), они все оказались недостаточными, неспособными возместить расход тепла в течение даже нескольких десятков миллионов лет.

Теория сжатия (контракционная теория). Охлаждение Солнца начинается с поверхности, значит, оно должно сжиматься; при сжатии образуется тепло, которое может являться источником солнечной энергии, т.е. возмещать потери. При определенных условиях температура сжимающегося газового шара может становиться выше, несмотря на потерю тепла. Данная теория доступна математической разработке. Применительно к Солнцу она дала результаты. Достаточно, чтобы ежегодно диаметр Солнца уменьшался лишь на 100 м, чтобы тепло, выделяющееся при таком сжатии, покрыло всю потерю энергии от лучеиспускания. Сжатие это составляет 1" в 14000 лет, поэтому проверить верность контракционной теории прямыми наблюдениями в ближайшем будущем невозможно. Но расчеты говорят, что если когда-нибудь диаметр газового солнечного шара равнялся, например, диаметру орбиты самой далекой планеты и после этого сжался до своих сегодняшних размеров, то количество тепла, полученное в результате такого сжатия, может возместить расход тепла в течение максимум 25 млн. лет. На самом же деле возраст Солнца намного больше, он измеряется миллиардами лет.

Радиоактивность также оказалась недостаточным источником солнечной энергии. Здесь говорится о распаде атомов, превращении сложных элементов в простые (радия в свинец).

Превращение элементов. Исследования в области ядерной физики способствовали открытию превращений химических элементов. Определено, что ядра тяжелых химических элементов возникают из ядер более легких, т.е. более простых.

Процессы преобразования ядер – ядерные реакции, которые ведут не только к превращению ядер легких элементов в более тяжелые, но и к образованию изотопов основных элементов.

Например, если в ядро атома химического элемента ворвется нейтрон (элементарная частица, которая по массе равна протону, но не имеет электрического заряда), то образуется изотоп этого элемента, так как атомный вес его повышается на единицу (вес протона), а число электрических зарядов ядра не меняется; значит, химические свойства атома не меняются.

Поскольку нейтрон не имеет заряда, то он может относительно свободно входить в ядра атомов, так как электрическое поле ядра (положительное) на него не действует. Именно этим объясняется широкое распространение в природе изотопов.

Ядерный процесс будет протекать совсем по-другому, если в ядро атома влетит протон. У протона положительный заряд, и проникновению протона в ядро будет препятствовать электрическое поле атома. Для проникновения в ядро протону необходимо иметь большую кинетическую энергию, которой хватит для преодоления отталкивающих сил электрического поля.

Проникнув в ядро, протон осуществляет перестройку ядра с образованием большого количества энергии, называемой атомной или ядерной. В данном случае влетевший протон не просто увеличивает атомный вес ядра, но и передает ему дополнительный электрический заряд, что приводит к переменам в химических свойствах атома; образуется новый химический элемент.

При наличии большого количества ядер разных химических элементов, протонной бомбардировке и перестройке подвергаются ядра более легких элементов (бериллий, литий), в первую очередь, так как в сравнении с ядрами тяжелых элементов, их электрическое поле слабее. Превращение ядер легких элементов начинается уже при температуре 2-3 млн. градусов, т.е. именно при той температуре, которая имеется (по некоторым гипотезам) в недрах холодных, красных звезд.

При температуре в 20 млн. градусов энергия протонов так увеличивается, что они могут проникать в ядра более тяжелых элементов (азота, углерода, кислорода) и осуществлять перестройку с образованием атомной энергии.

Академик В.Г. Фесенков утверждает, что в настоящее время в недрах Солнца ядерные процессы протекают именно за счет протонов, а не нейтронов, так как солнце существует миллиарды лет и за такое долгое время свободные нейтроны, с легкостью входящие в ядра атомов, должны были практически все оказаться в составе ядер. Нейтроны в свободном виде в недрах Солнца должны остаться лишь в незначительном значении, протонов же на Солнце достаточно, так как они – суть ядра водорода, а Солнце по массе своей содержит 38% данного химического элемента.

Температура в глубинах Солнца около 20 млн. градусов, что и объясняет энергию протонов, которой достаточно для прорыва в ядра химических элементов.

При вхождении протона в ядро изменение ядра может происходить в трех направлениях, зависящих от степени прочности ядерных связей:

1) Протон останется в ядре; атомный вес ядра увеличится на единицу и ядро приобретет новый положительный заряд; возникает ядро другого химического элемента.

2) Протон будет находиться в ядре, но ядро излучит один позитрон, т.е. элементарную частицу с единичным положительным зарядом е+ и массой, которая равна массе электрона; образуется изотоп исходного химического элемента, так как атомный вес увеличится на единицу, а заряд не изменится.

3) Ядро может распасться в силу неустойчивости и породить ядра новых элементов, при этом одним из них будет ядро гелия.

Такие ядерные реакции с образованием атомной энергии происходят в недрах Солнца непрерывно. Согласно теории астрофизика Бете, на Солнце происходят ядерные процессы с участием углерода (С12), который играет роль своеобразного катализатора в этом случае.

Ядерные реакции проходят в следующем порядке:

1. Протон (Hj) врывается в ядро углерода, имеющего атомный вес 12, и возникает ядро нового, радиоактивного неустойчивого элемента, излучающее позитрон (е+) и превращающееся в ядро изотопа углерода, имеющее атомный вес 13.

2. Когда в ядро изотопа С13 проникает следующий протон (Hj), возникает ядро азота с атомным весом 14.

3. В процессе проникновения протона в ядро азота (N14) возникает ядро изотопа кислорода, которое неустойчиво и имеет атомный вес 15 (015), излучающее позитрон (е+) и переходящее в ядро изотопа азота с атомным весом 15.

4. Новый протон (Hj), который влетает в ядро N5, дает ядро кислорода О16, распадающееся при высоких температурах на ядро углерода (С12) и ядро гелия (Не4). В результате полного цикла Бете образуется гелий (Не) из водорода (Н), количество углерода при этом не меняется; иными словами, углерод является катализатором, хотя в данном случае сам участвует непосредственно в ядерных реакциях.

На Солнце постоянно происходит увеличение количества гелия и сокращение количества водорода. За счет данных ядерных превращений образуется огромное количество атомной (ядерной) энергии, которая излучается обильно Солнцем в мировое пространство.

В результате такого масштабного излучения масса Солнца уменьшается ежесекундно на 4.10° тонн, и все-таки масса Солнца так велика (2*1027 тонн), что даже если оно и дальше будет так растрачивать свою энергию, оно будет светить ярко на протяжении 2*1013 лет.

Итак, источником колоссальной солнечной энергии являются ядерные процессы, происходящие в недрах Солнца.

zeleneet.com

Энергия солнечного света

Солнце освещает и обогревает нашу планету, иначе на ней была бы невозможна жизнь не только человека, но даже микроорганизмов. Солнце – основной (хоть и не единственный) двигатель процессов, происходящих на Земле. Земля получает от Солнца не только тепло и свет. Разные виды энергии солнечного света и потоки частиц постоянно влияют на ее жизнь.

Солнце отправляет на Землю различные электромагнитные волны: от многокилометровых до гамма-лучей. К границам Земли долетают заряженные частицы различных энергий – высоких (космические солнечные лучи), низких и средних (выбросы от вспышек, потоки солнечного ветра). Солнце, наконец, испускает сильный поток элементарных частиц – нейтрино. Но воздействие последних на жизненные процессы на нашей планете ничтожно мало: земной шар для этих частиц является прозрачным, и они сквозь него свободно пролетают.

Только малейшая часть заряженных частиц из межзвездного пространства оказывается в атмосфере Земли (все остальные задерживает или отклоняет геомагнитное поле). Но этой энергии солнечного света достаточно, чтобы вызывать полярные сияния и возмущения в магнитном поле планеты.

Электромагнитное излучение в земной атмосфере подвергается строгому отбору. Она прозрачна только для ближних инфракрасного и ультрафиолетового излучений, видимого света и радиоволн в относительно низком диапазоне (от метровых до сантиметровых). Остальная часть излучения отражается атмосферой или поглощается ей, нагревая ее верхние слои и ионизуя их.

Поглощение жестких ультрафиолетовых и рентгеновских лучей начинается на высотах 300-350 км; здесь же отражаются самые длинные радиоволны, поступающие из космоса. Рентгеновские кванты, образующиеся от хромосферных вспышек при сильных всплесках рентгеновского солнечного излучения, могут проникать до высот 80-100 кмот поверхности Земли, они ионизируют атмосферу и приводят к нарушению связи на коротких волнах.

Длинноволновое (мягкое) излучение ультрафиолета может проникать еще глубже, его поглощение происходит на высоте 30-35 км. Ультрафиолетовые кванты здесь разбивают на атомы молекулы кислорода (О2) с дальнейшим преобразованием озона (О3). Так появляется «озонный экран», непрозрачный для ультрафиолета, который предохраняет жизнь на Земле от губительных лучей. Часть самого длинноволнового ультрафиолетового излучения, которая не поглотилась, достигает до земной поверхности. Именно этот вид энергии солнечного света вызывает у людей загар, а в некоторых случаях даже ожоги кожи, если человек долго находится на солнце.

В видимом диапазоне излучение слабо поглощается. Но атмосфера его рассеивает даже, если нет облаков, и часть его возвращается в межзвездное пространство. Облака, состоящие из твердых частиц и капелек воды, в значительной мере усиливают отражение солнечного излучения. В итоге до поверхности планеты доходит примерно половина энергии солнечного света, падающей на границу земной атмосферы.

Количество энергии Солнца, имеющееся на поверхности площадью 1 м2, расположенной перпендикулярно солнечным лучам на границе атмосферы Земли, называется солнечной постоянной. С Земли ее очень сложно измерять, поэтому значения, которые были найдены до начала современных космических исследований, были только приблизительными. Небольшие колебания (если они существовали реально) заведомо «исчезали» в неточности измерений. Только осуществление специальной космической программы по вычислению солнечной постоянной дало возможность найти ее достоверное значение. По последним данным, оно равняется 1370 Вт/м2 с точностью до 0,5%. В процессе измерений не было зафиксировано колебаний, превышающих 0,2%.

На Земле энергия солнечного света поглощается океаном и сушей. Земная поверхность в нагретом состоянии в свою очередь излучает в длинноволновой инфракрасной области.

Для данного излучения кислород и азот атмосферы являются прозрачными. Зато оно жадно поглощается углекислым газом и водяным паром. Благодаря этим небольшим составляющим воздушная оболочка может удерживать тепло. В этом и состоит парниковый эффект атмосферы. Между поступлением энергии солнца на Землю и потерями ее на планете существует равновесие: сколько энергии поступает, столько ее и расходуется. Иначе температура поверхности Земли вместе с атмосферой или бы постоянно повышалась, или понижалась.

Всего за три дня Солнце отправляет столько энергии на Землю, сколько ее содержится во всех существующих запасах ископаемых топлив, а за одну секунду – 170 млрд. Дж. Основная часть данной энергии рассеивается и поглощается атмосферой, особенно облаками, и лишь ее треть достигает поверхности планеты. Вся энергия, которую Солнце испускает, превышает ту ее часть, которую Земля получает, в 5 млрд. раз. Но даже такая малая величина в 1600 раз превышает энергию, которую могут дать другие источники взятые вместе. Энергия солнечного света, падающая на поверхность одного озера, приравнивается к мощности достаточно крупной электростанции.

Солнечная энергия – самый грандиозный, недорогой, но и, наверное, менее используемый человечеством источник энергии.

В последние годы резко повысился интерес к использованию энергии солнечного света. Возможности энергетики, основанные на применении непосредственного излучения Солнца, невероятно велики.

Использование 0,0125% солнечной энергии могло бы покрыть все сегодняшние потребности энергетики мира, а 0,5% могли бы покрыть потребности на перспективу. Но практически может быть использована только очень малая часть данной энергии. Одна из основных причин такой ситуации – слабая плотность энергии Солнца. Мощность, снимаемая с 1 м2 поверхности освещенной солнцем в среднем составляет 160 В. Чтобы сгенерировать 100 тыс. кВт нужно снять энергию с площади в 1,6 км2. Ни один из методов преобразования энергии, известных в настоящее время, не обеспечивает экономическую эффективность такой трансформации.

Солнечная энергетика является материалоемким видом производства энергии. Получение энергии солнечного света в крупных масштабах влечет за собой огромное увеличение потребностей в трудовых ресурсах и материалах для добычи сырья, получения материалов, изготовления коллекторов, гелиостатов, иной аппаратуры, их перевозки. Электрическая энергия, рожденная лучами Солнца, пока еще обходится намного дороже, чем энергия, получаемая обычными методами. Ученые надеются, что опыты и эксперименты, которые проводятся в настоящее время на станциях и опытных установках, помогут решить существующие экономические и технические проблемы.

Не смотря ни на что, станции, преобразующие солнечную энергию, возводятся, и они работают.

При помощи гелиоустановок энергия солнечного света преобразуется в электрическую или тепловую энергию, удобную для практического использования. В южных областях нашей страны существует множество солнечных систем и установок. С их помощью осуществляется горячее водоснабжение, отопление и кондиционирование воздуха в общественных и жилых помещениях, отопление животноводческих теплиц и ферм, сушка сельскохозяйственной продукции, подъем и опреснение минерализованной воды, термообработка строительных конструкций.

В нашей стране с начала 50-х годов космические летательные аппараты в качестве главного источника энергопитания используют солнечные батареи, преобразующие энергию солнечной радиации непосредственно в электроэнергию. Они являются незаменимым источником электричества в ракетах, спутниках и межпланетных автоматических станциях.

Освоение пространства космоса дает возможность разрабатывать проекты солнечно-космических электростанций для обеспечения энергией Земли. В отличие от земных станций, эти станции будут не только получать максимально плотный поток теплового излучения Солнца, но и не зависеть от смены дня и ночи, погодных условий. Ведь в космосе Солнце светит с постоянной интенсивностью.

Продолжается исследование возможностей более широкого применения гелиоустановок: «солнечные» крыши на домах для тепло- и энергоснабжения, установка "солнечных" крыш на автомобилях позволит подзаряжать аккумуляторы, «солнечные» фермы в сельской местности и т.д.

Энергетики и ученые продолжают искать новые более дешевые возможности применения энергии солнечного света. Появляются новые идеи и проекты.

zeleneet.com

Солнечная энергия на земле. Энергия солнечного излучения. Часть 1

О солнце и солнечной энергии написано множество книг. О нем пишут химики и физики, астрофизики и астрономы, геологи и географы, инженеры и биологи. И в этом нет ничего удивительного. Солнце - источник жизни для всего живого на земле. Солнечная энергия испаряет воду с морей, океанов, находящихся на Земле. Оно превращает эту влагу в капли воды, образуя туманы и облака, а потом заставляет ее падать снова на Землю в виде снега, дождя, инея или росы, создавая гигантский круговорот воды в атмосфере.

Солнечная энергия на Земле - источник общей циркуляции атмосферы и воды в океанах. Она создает гигантскую систему воздушного и водяного отопления планеты, перераспределяя тепловую энергию по поверхности земли. Попадая на растения, солнечный свет вызывает процесс фотосинтеза, рост и развитие растений; оказываясь на почве, он превращается в тепло, происходит процесс ее нагревания, формирует почвенный климат, тем самым давая жизненную силу семенам растений, находящимся в почве, микроорганизмам, населяющим ее и живым существам, которые без тепла находились бы в анабиозе (спячке).

А могли бы обойтись без солнца животные и люди? Естественно, нет. Если не прямо, то косвенно они от него зависят, так как не могут жить без пищи и без воды. Итак, солнечная энергия на Земле – основной источник энергии и первопричина, которая создала множество других источников энергии на нашей планете, например, запасы нефти, каменного угля, газа, падающей воды и энергии ветра, электрической энергии и т.д. Энергия Солнца на земле, выделяющаяся в виде лучистой энергии, настолько велика, что ее сложно даже представить. На Землю поступает лишь одна двухмиллиардная часть энергии солнца, которая составляет примерно 2,5 *10 18 кал/мин. Все остальные источники энергии по сравнению с этим, как внешние (излучения звезд, луны, космические лучи), так и внутренние (радиоактивное излучение, внутреннее тепло Земли, запасы нефти, каменного угля и т.д.) ничтожно малы. Солнце – ближайшая к нам звезда, которая представляет собой огромный светящийся шар газа, его диаметр почти в 109 раз превышает диаметр Земли, а объем его больше объема Земли примерно в 1 млн. 300 тыс. раз. Плотность Солнца в среднем составляет примерно 0,25 от плотности нашей планеты.

Так как Солнце является не твердым, а газовым шаром, то говорить о его размерах нужно условно, поднимая под ними размеры солнечного диска, который виден с Земли. Внутренняя часть наблюдению не доступна. Она является своеобразным атомным котлом, имеющим гигантские размеры, где под давлением около 100 млрд. атмосфер происходят сложнейшие ядерные процессы, во время которых водород переходит в гелий. Они и представляют собой энергию для солнца. Внутренняя температура солнца оценивается в 16 млн. градусов. Английский ученый Д. Джинс о том, что это за температура в книге «Вселенная вокруг нас» говорит так: «… булавочная головка вещества, которое нагрето до температуры, царящей в центре солнца, давала бы столько тепла, что человек, удаленный от нее на 150 км мгновенно бы сгорел». Газ, бушующий в недрах Солнца, не только невероятно горяч, но и весьма тяжел. Его плотность больше плотности Солнца в 11,4 раза. В этом атомном котле образуются невидимые рентгеновские лучи. Перед тем, как достигнуть поверхности Солнца, они идут по очень извилистому пути, на преодоление которого требуется около 20 тыс. лет. Чем ближе они подступают к поверхности солнца, тем больше увеличиваются длины волн и уменьшается частота колебаний, пока они не переходят в состояние ультрафиолетового и видимого света.

zeleneet.com

Солнечная энергия, Солнце как источник энергии

О солнце и его энергии написаны сотни книг. О нём пишут физики и химики, астрономы и астрофизики, географы и геологи, биологи и инженеры. И в этом нет ничего удивительного. Ведь солнце является источником жизни для всего земного. Солнце испаряет воду с океанов, морей, с земной поверхности. Оно превращает эту влагу в водяные капли, образуя облака и туманы, а затем заставляет её снова падать на Землю в виде дождя, снега, росы или инея, создавая, таким образом, гигантский круговорот влаги в атмосфере. Солнечная энергия является источником общей циркуляции атмосферы и циркуляции воды в океанах. Она как бы создаёт гигантскую систему водяного и воздушного отопления нашей планеты, перераспределяя тепло по земной поверхности. Солнечный свет, попадая на растения, вызывает у него процесс фотосинтеза, определяет рост и развитие растений; попадая на почву, он превращается в тепло, нагревает её, формирует почвенный климат, давая тем самым жизненную силу находящимся в почве семенам растений, микроорганизмам и населяющим её живым существам, которые без этого тепла пребывали бы в состоянии анабиоза (спячки).

А разве могли бы обойтись без солнца люди и животные? Конечно, нет. Они, если не прямо, то косвенно зависят от него, поскольку не могут жить без воды и без пищи. Итак, Солнце – это основной источник энергии на земле и первопричина, создавшая большинство других энергетических ресурсов нашей планеты, таких, как запасы каменного угля, нефти, газа, энергии ветра и падающей воды, электрической энергии и т.д. Энергия Солнца, которая в основном выделяется в виде лучистой энергии, так велика, что её трудно даже себе представить. Достаточно сказать, что на Землю поступает только одна двухмиллиардная доля этой энергии, но она составляет около 2,5 *10 18 кал./мин. По сравнению с этим все остальные источники энергии, как внешние (излучение луны, звёзд, космические лучи), так и внутренние (внутренние тепло Земли, радиоактивное излучение, запасы каменного угля, нефти и т.д.) пренебрежительно малы. Солнце - самая близкая к нам звезда представляющая собой огромный светящийся газовый шар, диаметр которого примерно в 109 раз больше диаметра Земли, а его объём больше объёма Земли примерно в 1 млн. 300 тыс. раз. Средняя плотность Солнца составляет около 0,25 от плотности нашей планеты.

Солнечная энергия

Поскольку солнце не твёрдый, а газовый шар, говорить о его размерах следует условно, понимая под ними размеры видимого с Земли солнечного диска. Внутренняя часть солнца не доступна наблюдению. Она представляет собой своеобразный атомный котёл гигантских размеров, где под давлением около 100 миллиардов атмосфер происходят сложные ядерные реакции, во время которых водород превращается в гелий. Они-то и являются источником энергии солнца. Температура внутри солнца оценивается в 16 миллионов градусов. О том, что это за температура, английский учёный Д.Джинс в книге «Вселенная вокруг нас» говорит следующие: «… булавочная головка вещества, нагретого до температуры, которое царит в центре солнца, излучала бы столько тепла, что человек, находящийся на расстоянии в 150 км от неё сгорел бы мгновенно». Газ, который бушует в недрах Солнца, не только необычайно горяч, но и очень тяжёл. Его плотность в 11,4 раза превышает плотность Солнца. В этом атомном котле возникают невидимые рентгеновские лучи. Прежде чем достигнуть поверхности Солнца, они проходят очень извилистый путь, преодоление которого занимает около 20 тыс. лет. Чем ближе они приближаются к поверхности Солнца, тем всё больше увеличиваются длины волн, а частота колебаний уменьшается, пока они не превращаются в ультрафиолетовый и видимый свет.

По мере изменения характера лучистой энергии меняется и температура Солнца. На расстоянии ? радиуса от центра она снижается примерно до 150 тыс. градусов. Наблюдать с Земли можно только внешнюю оболочку Солнца (фотосферу). Она-то и излучает солнечную радиацию. Толщина фотосферы всего около 300 км, а температура её поверхности 5700 градусов. Выше слоя фотосферы располагается солнечная атмосфера. Солнечную атмосферу учёные разделяют на две части. Нижний её слой, где вспыхивают языки пламени солнечного газа, называется хромосферой, а верхний – практически безграничный слой – солнечной короной. Температура её газов достигает миллионов градусов, то есть в тысячи раз выше, чем температура фотосферы. Столь огромное повышение (а не понижение) температуры солнечных газов по мере удаления от солнца учёные объясняют возникновением ударных волн, рождающихся чудовищной силой шумом, который происходит на поверхности светила. Современные исследования космических станций показывают, что газы солнечной короны заполняют всё межпланетное пространство солнечной системы. Газовые частицы, непрерывно излучаемые солнечной короной (корпускулы), образуют в межпланетном пространстве своеобразный «солнечный ветер». О некоторых свойствах этого ветра можно узнать, наблюдая поведение комет или магнитное возмущения в верхних слоях атмосферы, расположенных в близи магнитных полюсов Земли.

Скорость газовых частиц, образующих «солнечный ветер» 300 – 500, а по некоторым данным даже 800 км в секунду. Благодаря этому «ветру» Солнце непрерывно теряет не только энергию, но и массу. Он ежегодно уносит от Солнца около 1,4 *10 13 тонн вещества. Но, хотя эта цифра и астрономическая, потери солнечной материи, по сравнению с общей массой Солнца, так малы, что могут привести к уменьшению её на 1% лишь через 100 миллиардов лет. Земля, как, впрочем, и все планеты солнечной системы окружена не безвоздушным холодным пространством, а раскалённым корональным газом, температура которого достигает десятков тысяч градусов. Верхний разряжённый слой атмосферы Земли (экзосфера) как бы сливается с этим потоком летящих от солнца горячих газов. Поэтому и температура частиц воздуха здесь достигает сотен градусов ниже нуля.

Помимо газовых частиц (корпускул), которые, как я сказал, летят от Солнца со скоростью 300 – 500 и более км/сек. и достигают поверхности Земли примерно через 8 – 10 минут, Солнце излучает энергию в виде электромагнитных волн различной длины и частоты, начиная от нескольких Ангстрем (1 микрон = 10000 Ангстрем) и заканчивая очень длинными радиоволнами. Основная часть приходящей на Землю солнечной радиации лежит в пределах 0,17 – 24 микрона, причём 99% этой радиации приходится на участок спектра от 0,17 до 4 микрон. Радиация Солнца с длинами волн меньше 0,17 микрон поглощается верхними слоями атмосферы, и измерить её можно только поднявшись на большие высоты. Эта коротковолновая ультрафиолетовая радиация Солнца является очень опасной для жизни живых организмов. Если бы атмосфера не предохраняла нас от неё, то жизнь на Земле была бы невозможной.

Автомобильное шоу Топ Гир, уверенно победившая в прошлогоднем марафоне, не собирается сдавать позиций.

Солнечная радиация с длинами волн больше 24 микрон составляет ничтожно малую величину и в практических расчётах не учитывается. Весь остальной спектр радиации Солнца (от 0,17 до 4 микрон) обычно делят на три части. Первая часть – ультрафиолетовая радиация (от 0,17 до 0,35 микрона). За сильное воздействие на живые организмы её иногда называют химической радиацией. Именно она вызывает изменения в составе кожного пигмента и образует солнечный загар, а при длительном воздействии – эритему или ожог. При длительном облучении она губительно действует на многие микроорганизмы. Однако, несмотря на значимость этой радиации в жизни растений и животных, её доля в энергетическом балансе Земли не превышает 7 процентов. Вторую часть солнечного спектра (от 0,35 до 0,75 микрона) составляет световая радиация, то есть то, что мы называем солнечным светом. На долю этой радиации в энергетическом балансе приходится уже 46 процентов. И, наконец, третью часть солнечного спектра (от 0,76 до 4 микрон и далее) образует так называемая инфракрасная, уже невидимая для глаза, радиация (47 процентов).

Слишком много препятствий предстояло еще преодолеть ученым, чтобы энергетическое использование энергии солнца на земле стало реальным. Лишь сейчас, через сто с лишним лет, начала формироваться новая научная дисциплина, занимающаяся проблемами энергетического использования солнечной энергии, — гелиоэнергетика. И лишь сейчас можно говорить о первых реальных успехах в этой области.

Если смотреть на Солнце через тёмное стекло, туман или дымку (особенно, когда оно находится близко к горизонту), то можно увидеть огромное тёмное пятно. В действительности оказывается, что это пятно, являющееся основанием фотосферы, отнюдь не сплошное и по внешнему виду напоминает вымощенную булыжником мостовую. Наблюдения показывают, что поверхность Солнца никогда не бывает спокойна. Углубления на этой «мостовой» иногда сливаются между собой, образуя большие тёмные пятна, свидетельствующие о сильных вертикальных движениях солнечных газов; во время солнечной активности таких пятен одновременно может насчитываться несколько, в спокойные же периоды поверхность Солнца месяцами может оставаться чистой. Изучая частоту и интенсивность полярных сияний, которые увеличиваются и усиливаются в период солнечной активности, учёные установили, что солнечная активность имеет свою периодичность 2, 6, 11, 26, и около 100 лет. Особенно хорошо прослеживается 11-летний цикл.

В те годы, когда максимумы или гребни этих волн накладываются друг на друга, усиление солнечной активности происходит наиболее резко. Такая ситуация произошла в 1957 году, который учёные выбрали в качестве Международного геофизического года для организации своих наблюдений одновременно на всём земном шаре. В этот год число пятен (оно измеряется в условных единицах, называемых числами Вольфа) достигло рекордного за последние 250 лет значения. Активность Солнца влияет на процессы, происходящие как на Земле, так и в атмосфере. С её усилением в атмосфере происходят магнитные возмущения, магнитные бури, ухудшается или даже прекращается прохождение радиоволн. Установлено большое влияние солнечной активности на погоду и даже на климат, а также на геофизические процессы, происходящие в твёрдой оболочке Земли. Дело в том, что так называемая плоскость эклиптики, в которой происходит вращение Земли вокруг Солнца, наклонена к солнечному экватору всего на 7 0 . Это означает, что к Земле поступает лучистая энергия и корпускулярное излучение только из узкой экваториальной области Солнца.

Вместе с тем астрономами установлено, что в период усиления солнечной активности образовавшиеся на Солнце пятна постепенно сползают от солнечных полюсов в зону солнечного экватора. Это приводит к тому, что в эти периоды к Земле приходит значительно больше ультрафиолетовых лучей и радиации сверхкоротких длин волн. Их влияние сказывается главным образом, на высоких слоях атмосферы и мало отражается на интенсивности прямой радиации, приходящей к земной поверхности. В высоких слоях атмосферы под влиянием ультрафиолетовой радиации Солнца молекулы кислорода О2 расщепляются пополам, или, как говорят, диссоциируются. Образовавшиеся в результате диссоциации свободные атомы кислорода очень неустойчивы, они быстро присоединяются к какой-либо другой молекуле кислорода, образуя новый газ, называемый озоном (О3).

Наибольшая концентрация озона наблюдается в слое атмосферы от 10 до 30 км над поверхностью. Поэтому его часто называют озоновым слоем. Этот слой озона имеет очень высокое значение при формировании климата не только в свободной атмосфере, но и земной поверхности. Дело в том, что озон поглощает значительную часть тепловых лучей, испускаемых земной поверхностью в мировое пространство. Поглотив их, он, во-первых, нагревает слой воздуха, в котором содержится, а во-вторых, возвращает тепло обратно на Землю, препятствуя её охлаждению. Он действует наподобие рамы в парнике, таким образом, возникает тепловой эффект, который он оказывает на поверхность нашей планеты этот эффект называется парниковым.

С увеличением интенсивности солнечного излучения количество озона в атмосфере увеличивается, а его максимальная интенсивность перемещается с высоты 28 – 30 км на высоту 10 – 11 км. Благодаря такому перераспределению озона при ясном небе равновесная температура у поверхности Земли может повыситься на несколько градусов, что в свою очередь, сказывается на изменении давления воздуха у земной поверхности, а вместе с ним – на общей циркуляции атмосферы. Примерно каждые два года, а точнее каждые 26 месяцев, ветры от западных переходят к восточным, а затем снова к западным.

Но солнечная активность связана не только с количеством и площадью солнечных пятен. Имеются и другие астрономические условия, усиливающие или ослабляющие поступление солнечной радиации к границам земной атмосферы и создающие свою цикличность. Одним из таких условий является 27-дневный период вращения Солнца вокруг своей оси. В связи с этим вращением возникшие или скопившиеся в какой-либо части солнечного экватора тёмные пятна появляются или исчезают с видимого диска Солнца, изменяя тем самым количество солнечной радиации, излучаемой в сторону Земли. Такой 27-дневный цикл не может не повлиять на погоду и другие геофизические процессы, происходящие на земной поверхности и в атмосфере.

Вот какие данные о волнах холода в Петербурге приводит, например, доктор геофизических наук Т.В. Покровская ( 1967 г.). В первый день календаря каждого месяца среднее число волн холода равно двадцати, на десятый день – двенадцати, на девятнадцатый – сорока, на двадцать шестой – тридцати семи. Как видно из сказанного, в первую половину любого месяца года вероятность тёплой погоды в Петербурге примерно в 2 - 3 раза выше, чем в конце месяца. С ещё более продолжительными циклами солнечной активности, равными в среднем 7 годам, связанны, по-видимому, дождливые годы на западном побережье Южной Америки, которые повторяются через каждые 7 лет, а также суровые зимы на северо-западе России, наблюдающиеся через такой же промежуток времени. Не без влияния Солнца образуются в атмосфере и на Земле известные в народе ещё с древнейших времён так называемые крещенские и сретенские морозы или частые грозы в ильин день (2 августа). Ученые, обработав записи грозорегистраторов за последние годы, обнаружили, что они имеют чёткую периодичность, причём наибольшая активность гроз из года в год наблюдается, если не в те дни, которые установлены народными приметами (ильин день, день Самсона и т.д.), то близко от них.

Значительное влияние указывает усиление солнечной активности не только на процессы, но и на состояние самого человека. Ещё в середине века химики заметили любопытное явление: некоторые коллоидные растворы ни с того ни с сего начинают терять коллоидную устойчивость. Взвешенные в них вещества вдруг выпадают в виде осадка, а красители обесцвечиваются. Специалисты фетрового и войлочного производств ещё раньше заметили, что при определённых условиях фетр и войлок очень трудно выделывается. В цементной промышленности в тоже время высококачественные сорта цемента плохо цементируются и т.д. Итальянскому химику Пикарди удалось установить тесную связь этих оригинальных явлений с магнитными бурями, а через них - и с солнечной активностью. Оказалось, что нарушение коллоидального равновесия некоторых растворов всегда связано с усилением солнечной активности и увеличением корпускулярного излучения Солнца. Позднее врачи установили, что состояние людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями ухудшается при повышении солнечной активности.

Причина здесь кроется в изменении состоянии крови, которая, будучи своеобразным коллоидом, также оказалась подвержена воздействию повышенного излучения Солнца. Медики уже нашли некоторые способы защиты от их вредного действия. Иное влияние оказывает солнечное излучение в периоды спокойного Солнца. В это время увеличивается поступление солнечной энергии в световой части спектра, а вместе с ней возрастает и интенсивность прямой радиации у земной поверхности. Поэтому становится понятным такое, казавшиеся раньше необъяснимым, явление природы, как увеличение на Земле в 3 – 4 раза числа жестоких засух. Они наблюдаются как раз в периоды минимума солнечной активности или предшествуют этим периодам.

twogalaxy.narod.ru