أشعة الشمس

نور الشمس الذي يشرق من خلال الغيوم في دونستتنبورغ، نورث ثمبرلاند، إنجلترا.

طيف الشمس في الفضاء (أصفر) وبعد تخلله جوالأرض (بني). إلى اليسار الأشعة البنفسجية وأشعة إكس، وإلى اليمين نطاق الأشعة تحت الحمراء، وقمة المنحنى عند الضوء المرئي. المحور السيني يبين طول الموجة الضوئية.

Sunlight on Mars is dimmer than on Earth. This photo of a Martian sunset was imaged by مارس باثفايندر.

This short film explores the vital connection between Earth and the Sun.

كلود مونيه: Le déjeuner sur l'herbe

أشعة الشمس أوالأشعة الشمسية أوضوء الشمس هوتعبير عن مجموع من الموجات الكهرومغناطيسية، يمكن للإنسان رؤية جزء منها يسمى ضوء مرئي وبقيتة لا يري بالعين المجردة. تتميز الأشعة المرئية من طيف الشمس بأنها تتكون من أشعة لونية من الأحمر إلى البنفسجي وهي ألوان قوس قزح. موجات الأحمر لها طول موجة 700 نانومتر وموجات البنفسجي قصيرة الموجة وطول موجتها 400 نانومتر. جزئين من طيف الشمس لا ترى بالعين المجردة: كما في الشكل الجزء ذوموجة أطول من 700 نانومتر (تصل إلى نحو2700 نانومتر ) وهذا هونطاق الأشعة تحت الحمراء، والجزء الآخر ذوطول موجات أقل من 400 نانومتر (إلى اليسار في الرسم البياني للطيف)، وهويسمى نطاق الأشعة فوق البنفسجية.

الأشعة الشمسية تحمل طاقة وتختلف طاقتها بحسب طول موجتها، فحدثا زادت موجة الضوء حدثا تقلصت طاقته. معنى ذلك ان الأشعة فوق البنفسجية طاقتها عالية نسبيا، ولذلك فهي ضارة لجلد الإنسان إذا تعرض إليها طويلا.

تسقط أشعة الشمس على الأرض بعد مرورها خلال الغلاف الجوي للأرض. ويقوم الغلاف الجوي للأرض بامتصاص بعضها فلا يصل إلينا. ويبين الشكل أجزاء الطيف التي تصل إلى سطح الارض (مفهمة باللون البني في الشكل ) حيث حتى الغازات المتنوعة في الجومن نتروجين وأكسجين وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء وغيرها لها قدرات مختلفة على امتصاص أشعة الشمس.

وضوء الشمس المباشر قد تكون مضيئة بكفاءة 93 lumens اشعاعا لكل واط من التدفق، وهويضم الأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي، والأشعة فوق البنفسجية. وتبلغ متوسط القدرة للطقة الشمسية الساقطة على المتر المربع من سطح الأرض:

{\displaystyle E_{0 =1{, 367\ \mathrm {kW/m^{2

Morning sun in the mountains of Palestine

ويسمى هذا المقدار الثابت الشمسي.

وأشعة الشمس هي عامل رئيسي في عملية التمثيل الضوئي.

نشأة الإشعاع الشمسي

تجري في باطن الشمس تفاعلات اندماج نووي تندمج خلالها أنوية الهيدروجين وتتحول إلى الهيليوم. يصدر عن تلك التفاعل طاقة عالية تنتشر في باطن الشمس ولا تستطيع النفوذ إلى الخارج إلى بعد زمن طويل تزداد خلالها أطوال موجاتها حتى تصل إلى سطح الشمس. وهذا الضوء هوالذي يصل إلينا. وتمد الشمس الأرض بالطاقة الحرارية اللازمة للأحياء على الأرض. ونظرا لأن الأرض تبعد عن الشمس نحو150 مليون كيلومتر فإن ما يصلنا من طاقتها يجعل متوسط درجة الحرارة على الأرض نحو14 درجة مئوية، وهي مناسبة للحياة.

أنواع الأشعة الشمسية

يميز الفهماء ثلاثة أنواع من الأشعة التي يتألف منها الإشعاع الشمسي والتي تضم:

الأشعة الحرارية أوالأشعة تحت الحمراء وهي غير مرئية وتقدر نسبتها بنحو(50%) من جملة الإشعاع الشمسي ويتراوح طول موجاتها من (0.75ـ 4.0) ميكرون (1/1000 من ملليتر) وتلعب دوراً هاماً في النشاط بأسره.
الأشعة الضوئية المسماة مرئية وهي في الحقيقة غير مرئية، فأشعة الشمس وبها مايسمى الضوء المرئي مثلاً تخترق الفضاء الكوني من غير حتى نراها، ولكنها تنير الوسط المادي الشفاف التي تتناثر فيه مثل غلافنا الجوي أوتنعكس منه مثل سطح القمر والتشتت أوالتناثر هوالسر في إنارة الجوبضوء النهار مع الفهم أنه يمكن تحليل الضوء بمنشور زجاجي إلى مكوناته الأساسية وتقدر نسبة الأشعة الضوئية بنحو37% من جملة الإشعاع الشمسي، ويتراوح طول موجاتها من (0.40ـ 0.74) ميكرون، وتزداد قوة الأشعة الضوئية على سطح الأرض في وقت الظهيرة أثناء النهار في فصل الصيف.
الأشعة فوق البنفسجية وتسمى أيضاً (الأشعة الحيوية) وهي غير مرئية وتقدر نسبتها بنحو(13%) من جملة الإشعاع الشمسي ويختلف طول موجتها:

من (0.17ـ0.40)ميكرون.

انتاج الكهرباء بالطاقة الشمسية

يسقط عل سطح الأرض طاقة شمسية يبلغ متوسطها 1360 واط/المتر المربع. ويمكن الاستفادة من تلك الطاقة بتوليد طاقة كهربائية بواسطة وسائل متعددة، منها الألواح الشمسية، ومنها ما يعمل بتسخين الماء وتحويله إلى بخار، ويقوم البخار بتدوير توربين ويقوم مولد كهربائي بتوليد التيار الكهربائي (مثل محطة ايفانباه للطاقة الشمسية بكاليفورنيا).

فوائد وأضرار الأشعة فوق البنفسجية

للأشعة فوق البنفسجية فوائد في نموالكائنات الحية وعلاج الأمراض مثل الكساح والسل والأشعة فوق البنفسجية مثل ملح الطعام قليله مفيد وكثيره ضار، لأنها تسبب سرطان الجلد وانفصال شبكة العين وتقضي على المضادات الحيوية التي ينتجها جسم الإنسان، وغاز الأوزون المتواجد في الغلاف الجوي يمتص بعض هذه الأشعة وبذلك فهودرعٌ واقي يحمي الأرض وأهل الأرض من هذه الأشعة الفتاكه، ولكن إذا خفت نسبة الأوزون وحصل به ثقوب كما يحدث في هذا العصر فإن ذلك يؤدي إلى تسرب كمية كبيرة من هذه الأشعة إلى الأرض ويضر بسكانها ويقضي على الحياة بها ويمتص الغلاف الجوي نحو15% من الأشعة الشمسية ونحو5% تفقد في طبقات الجوالعليا ونحو40% تفقد عن طريق الانعكاس في عناصر الجوونحو10% تنعكس من على سطح الأرض وبهذا تظل حوالي 30% تصل إلى سطح الأرض التي تمتص نحو5% منه ويتبقى منه نحو25% تنعكس على شكل موجات طويلة تعهد باسم ((الإشعاع الأرضي)) terrestial radiation الذي يسخن طبقات الجومن أسفل إلى أعلى عن طريق الأتربة والمواد العالقة بالجووالغازات الثقيلة وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء الموجودة بالجوومن ثم تنخفض درجة الحرارة مع الارتفاع. والشمس مصدر هذا الإشعاع الكهرومغناطيسي، الذي ينطلق في جميع الاتجاهات ويصل جزء منه إلى سطح الأرض.

المصادر

^ "Chapterثمانية – Measurement of sunshine duration" (PDF). CIMO Guide. المنظمة العالمية للأرصاد الجوية. مؤرشف من الأصل (PDF) في 29 سبتمبر 2019. اطلع عليه بتاريخ 01 ديسمبر 2008.
^ "NASA: The 8-minute travel time to Earth by sunlight hides a thousand-year journey that actually began in the core". NASA, sunearthday.nasa.gov. مؤرشف من الأصل في 29 مارس 2019. اطلع عليه بتاريخ 12 فبراير 2012.

وصلات خارجية

Solar radiation - Encyclopedia of Earth
Total solar irradiance data archive 1978-2007 at the website of the National Geophysical Data Center
A Comparison of Methods for Providing Solar Radiation Data to Crop Models and Decision Support Systems, Rivington et al.
Evaluation of three model estimations of solar radiation at 24 UK stations, Rivington et al.
High resolution spectrum of solar radiation from مرصد باريس
Measuring Solar Radiation : A lesson plan from the National Science Digital Library.
Websurf astronomical information: Online tools for calculating Rising and setting times of Sun, Moon or planet, Azimuth of Sun, Moon or planet at rising and setting, Altitude and azimuth of Sun, Moon or planet for a given date or range of dates, and more.
Daylength - Formulas to calculate the daylength depending from latitude and day of year.
An Excel workbook with a solar position and solar radiation time-series calculator; by Greg Pelletier
DOE information about the ASTM standard solar spectrum for PV evaluation.
<NEAR/1>:REPLACED)+/usr6/htdocs/astm.org/DATABASE.CART/REDLINE_PAGES/G173.htm ASTM Standard for solar spectrum at ground level in the US (latitude ~ 37 degrees).
Detailed spectrum of the sun at Astronomy Picture of the Day.