كل ما تحتاج لمعرفته حول الإشعاع الشمسي على سطح الأرض

تتلقى الأرض أشكالًا مختلفة من الإشعاع، لكن المصدر الرئيسي هو الإشعاع المنبعث من الشمس. هذه الظاهرة ممكنة بفضل الاندماج النووي الذي يحدث في نواة الشمس، حيث يتحول الهيدروجين إلى هيليوم، مما يؤدي إلى إطلاق كميات هائلة من الطاقة الحرارية. تنتقل هذه الطاقة من قلب الشمس إلى سطحها وأخيراً تنبعث إلى الفضاء، لتصل إلى كوكبنا. ولمعرفة المزيد عن خصائص هذه الظاهرة يمكنك الرجوع إلى اشعاع شمسي.

تصل الطاقة الشمسية إلى الأرض في شكل موجات كهرومغناطيسية، والتي لها أطوال موجية مختلفة. مجموعة كل هذه الأطوال الموجية التي ينبعثها الجسم تسمى طيف. يرتبط هذا الطيف ارتباطًا جوهريًا بدرجة حرارة الجسم المنبعث، بحيث تكون الأطوال الموجية المنبعثة أقصر عند درجات الحرارة الأعلى.

يتكون الطيف الشمسي بشكل أساسي من أطوال موجية قصيرة، نتيجة لارتفاع درجة حرارة الشمس بشكل كبير، والتي تقدر بحوالي 6.000 K (ما يعادل 5.727 درجة مئوية).

أنواع الإشعاع الشمسي

يمكن تحديد ثلاثة أنواع أساسية من الإشعاع ضمن الطيف الشمسي:

1. الأشعة فوق البنفسجية: بأطوال موجية تتراوح بين 0,1 و0,4 ميكرومتر، تُمثل الأشعة فوق البنفسجية حوالي 9% من إجمالي الطاقة المنبعثة من الشمس. ويكتسب هذا النوع من الإشعاع أهمية خاصة لأنه قد يُسبب آثارًا صحية ضارة، مثل حروق الشمس وزيادة خطر الإصابة بسرطان الجلد. لمزيد من التفاصيل حول تأثيرات هذا الإشعاع، يمكنك زيارة القسم الخاص بـ أنواع الإشعاع الشمسي.
2. الأشعة المرئية: وتتراوح أطوال الموجات لهذا الإشعاع بين 0,4 إلى 0,78 ميكرومتر، وتشكل ما يقرب من 41% من إجمالي الطاقة الشمسية. إنه نطاق الإشعاع الذي يمكننا إدراكه بأعيننا والذي يعد ضروريًا لعملية التمثيل الضوئي في النباتات، والتي بدورها تدعم معظم سلاسل الغذاء على الأرض.
3. الأشعة تحت الحمراء: بأطوال موجية تتراوح بين 0,78 إلى 3 ميكرومتر، تغطي الأشعة تحت الحمراء نسبة 50% المتبقية من الطاقة الشمسية. ويعتبر هذا الإشعاع ضروريا لتدفئة سطح الأرض ويؤثر على المناخ والظروف البيئية على كوكبنا. يمكنك معرفة المزيد عن كيفية تأثير هذا الإشعاع على المناخ في النشاط الشمسي وتغير المناخ.

وبمجرد وصول هذه الإشعاعات الشمسية إلى السطح، يتم توزيعها بشكل غير متساوٍ عبر خطوط العرض المختلفة، وذلك بسبب الطريقة التي يعترض بها نظام الغلاف الجوي للأرض الطاقة الشمسية. وتؤدي هذه الظاهرة إلى اختلافات كبيرة في كمية الإشعاع التي يتم تلقيها في مناطق مختلفة من العالم.

الثابت الشمسي وتغيراته

تختلف كمية الإشعاع الشمسي الواصل إلى سطح الأرض تبعًا للمسافة بين كوكبنا والشمس. تُعرف هذه القيمة المتوسطة باسم الثابت الشمسي، والتي تتراوح بين 1.325 و 1.412 واط/م²، اعتمادًا على الموقع النسبي للأرض في مدارها. في المتوسط، يعتبر هذا الثابت تقريبًا طاقة = 1366 واط/م². لمزيد من المعلومات حول كيفية قياس هذا الثابت وسلوكه، يمكنك الرجوع إلى الإشعاع الشمسي على كوكب الأرض.

مكونات الإشعاع الشمسي وتفاعلها مع الغلاف الجوي

لا يصل الإشعاع الشمسي الذي يدخل الغلاف الجوي للأرض إلى السطح سليما؛ يعاني من ظواهر تفاعلية مختلفة:

• الإشعاع المباشر: هذا المكون هو الذي يأتي مباشرة من الشمس وهو المسؤول عن الظلال التي تنتجها الأجسام. يكون أكبر في الأيام المشمسة وأقل عندما تكون هناك سحب.
• الإشعاع المنتشر: وهي تنشأ نتيجة تشتت الإشعاع الشمسي بسبب الجسيمات الموجودة في الغلاف الجوي. يمكن أن يمثل هذا المكون ما يصل إلى 15% من إجمالي الإشعاع في الأيام المشمسة ويزداد عندما تصبح السماء غائمة.
• البياض أو الإشعاع المنعكس: هو الإشعاع الذي ينعكس على سطح الأرض. تعتمد كميتها على معامل انعكاس السطح. على سبيل المثال، يمكن أن يصل بياض الثلج إلى 80%، مما يعني أن الثلج يعكس نسبة كبيرة من الإشعاع الشمسي.

وتعتبر إدارة وتوزيع الإشعاع الشمسي أمرا ضروريا لفهم الظواهر المناخية والجوية المختلفة التي تؤثر على الحياة على كوكبنا. لفهم تأثيرات الأحداث الشمسية على الأرض بشكل أفضل، يمكنك مراجعة التفاصيل حول العواصف الشمسية، والتي يمكن أن تؤثر على الظروف على سطح الأرض.

إن الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى سطح الأرض ظاهرة معقدة تتضمن أشكالاً مختلفة من الطاقة، وتفاعلاتها مع الغلاف الجوي، وتغيراتها اعتمادًا على عوامل مثل خطوط العرض والارتفاع. إن فهم هذه الظاهرة ليس أمرا حاسما لعلم الأرصاد الجوية وعلم المناخ فحسب، بل أيضا لتسخير هذا المصدر الذي لا ينضب من الطاقة بشكل مستدام في تقنيات مثل الطاقة الشمسية الكهروضوئية، والتي تعد بأن تكون مفتاحا في التحول نحو مستقبل طاقة أكثر استدامة.

المادة ذات الصلة:

كيف يختلف إنتاج الطاقة من الألواح الشمسية على مدار العام