Rayonnement solaire, terrestre et atmosphérique. L'influence du rayonnement solaire sur l'homme

Le disque aveuglant du soleil a toujours excité l’esprit des gens et a servi de thème fertile aux légendes et aux mythes. Depuis l’Antiquité, les gens ont deviné son impact sur la Terre. À quel point nos lointains ancêtres étaient proches de la vérité. C’est à l’énergie rayonnante du Soleil que l’on doit l’existence de la vie sur Terre.

Qu'est-ce que le rayonnement radioactif de notre étoile et comment affecte-t-il les processus terrestres ?

Qu'est-ce que le rayonnement solaire

Le rayonnement solaire est la totalité de la matière et de l'énergie solaire entrant dans la Terre. L'énergie se déplace sous forme d'ondes électromagnétiques à une vitesse de 300 000 kilomètres par seconde, traverse l'atmosphère et atteint la Terre en 8 minutes. La gamme d'ondes participant à ce « marathon » est très large - des ondes radio aux rayons X, en passant par la partie visible du spectre. La surface de la Terre est sous l'influence des rayons solaires directs et diffusés provenant de l'atmosphère terrestre. C'est la diffusion des rayons bleu-bleu dans l'atmosphère qui explique le bleu du ciel par temps clair. La couleur jaune-orange du disque solaire est due au fait que les ondes correspondantes le traversent presque sans se disperser.

Avec un délai de 2 à 3 jours, le « vent solaire » atteint la Terre, qui est une continuation de la couronne solaire et est constituée de noyaux d'atomes d'éléments légers (hydrogène et hélium), ainsi que d'électrons. Il est tout à fait naturel que le rayonnement solaire ait un effet important sur le corps humain.

L'influence du rayonnement solaire sur le corps humain

Le spectre électromagnétique du rayonnement solaire se compose de parties infrarouges, visibles et ultraviolettes. Puisque leurs quanta ont des énergies différentes, ils ont un effet varié sur une personne.

éclairage intérieur

L'importance hygiénique du rayonnement solaire est également extrêmement élevée. La lumière visible étant un facteur déterminant pour obtenir des informations sur le monde extérieur, il est nécessaire de prévoir un niveau d'éclairage suffisant dans la pièce. Sa régulation est réalisée conformément aux SNiP, qui pour le rayonnement solaire sont établies en tenant compte des caractéristiques lumineuses et climatiques des différentes zones géographiques et sont prises en compte lors de la conception et de la construction des diverses installations.

Même une analyse superficielle du spectre électromagnétique du rayonnement solaire prouve l'importance de l'influence de ce type de rayonnement sur le corps humain.

Répartition du rayonnement solaire sur le territoire terrestre

Tous les rayonnements provenant du Soleil n’atteignent pas la surface de la Terre. Et il y a plusieurs raisons à cela. La Terre repousse résolument l’attaque de ces rayons destructeurs pour sa biosphère. Cette fonction est assurée par le bouclier d'ozone de notre planète, empêchant le passage de la partie la plus agressive du rayonnement ultraviolet. Un filtre atmosphérique sous forme de vapeur d'eau, de dioxyde de carbone et de particules de poussière en suspension dans l'air réfléchit, disperse et absorbe en grande partie le rayonnement solaire.

La partie qui a surmonté tous ces obstacles tombe à la surface de la terre sous différents angles, selon la latitude de la zone. La chaleur vitale du soleil est inégalement répartie sur le territoire de notre planète. À mesure que la hauteur du soleil change au cours de l'année au-dessus de l'horizon, la masse d'air traversée par la trajectoire des rayons du soleil change. Tout cela affecte la répartition de l’intensité du rayonnement solaire sur la planète. La tendance générale est la suivante : ce paramètre augmente du pôle à l'équateur, puisque plus l'angle d'incidence des rayons est grand, plus la chaleur tombe par unité de surface.

Les cartes de rayonnement solaire permettent d'avoir une image de la répartition de l'intensité du rayonnement solaire sur le territoire terrestre.

L'influence du rayonnement solaire sur le climat terrestre

La composante infrarouge du rayonnement solaire a une influence décisive sur le climat de la Terre.

Il est clair que cela ne se produit que lorsque le Soleil est au-dessus de l'horizon. Cette influence dépend de la distance de notre planète au Soleil, qui change tout au long de l'année. L'orbite de la Terre est une ellipse à l'intérieur de laquelle se trouve le Soleil. Effectuant son voyage annuel autour du Soleil, la Terre soit s'éloigne de son astre, soit s'en rapproche.

Outre le changement de distance, la quantité de rayonnement atteignant la Terre est déterminée par l'inclinaison de l'axe terrestre par rapport au plan orbital (66,5°) et par le changement de saison qui en résulte. En été, il est plus important qu'en hiver. A l'équateur, ce facteur n'existe pas, mais à mesure que la latitude du site d'observation augmente, l'écart entre l'été et l'hiver devient important.

Dans les processus qui se produisent sur le Soleil, toutes sortes de cataclysmes ont lieu. Leur impact est en partie compensé par les énormes distances, les propriétés protectrices de l'atmosphère terrestre et le champ magnétique terrestre.

Comment se protéger du rayonnement solaire

La composante infrarouge du rayonnement solaire est la chaleur convoitée que les habitants des latitudes moyennes et septentrionales attendent avec impatience pendant toutes les autres saisons de l'année. Le rayonnement solaire en tant que facteur de santé est utilisé aussi bien par les personnes en bonne santé que par les malades.

Cependant, il ne faut pas oublier que la chaleur, comme le rayonnement ultraviolet, est un très puissant irritant. L'abus de leurs effets peut entraîner des brûlures, une surchauffe générale du corps et même une exacerbation de maladies chroniques. Lorsque vous prenez un bain de soleil, vous devez respecter des règles éprouvées. Vous devez être particulièrement prudent lorsque vous prenez un bain de soleil par temps clair et ensoleillé. Les nourrissons et les personnes âgées, les patients atteints de tuberculose chronique et de problèmes du système cardiovasculaire devraient se contenter du rayonnement solaire diffus à l'ombre. Cette lumière ultraviolette est largement suffisante pour répondre aux besoins de l’organisme.

Même les jeunes qui n'ont pas de problèmes de santé particuliers doivent être protégés du rayonnement solaire.

Aujourd'hui, un mouvement a émergé dont les militants s'opposent au bronzage. Et pas en vain. La peau bronzée est sans aucun doute belle. Mais la mélanine produite par le corps (ce que nous appelons le bronzage) constitue sa réaction protectrice face à l’exposition au rayonnement solaire. Il n’y a aucun avantage au bronzage ! Il existe même des preuves que le bronzage raccourcit la vie, puisque les radiations ont une propriété cumulative : elles s'accumulent tout au long de la vie.

Si la situation est si grave, vous devez suivre scrupuleusement les règles qui prescrivent comment vous protéger du rayonnement solaire :

• limiter strictement le temps de bronzage et le faire uniquement pendant les heures de sécurité ;
• lorsque vous êtes exposé au soleil, vous devez porter un chapeau à larges bords, des vêtements fermés, des lunettes de soleil et un parapluie ;
• Utilisez uniquement un écran solaire de haute qualité.

Le rayonnement solaire est-il dangereux pour l’homme à tout moment de l’année ? La quantité de rayonnement solaire atteignant la Terre est associée au changement des saisons. Aux latitudes moyennes, en été, c'est 25 % de plus qu'en hiver. Il n’y a pas de différence à l’équateur, mais à mesure que la latitude du site d’observation augmente, cette différence augmente. Cela est dû au fait que notre planète est inclinée d’un angle de 23,3 degrés par rapport au soleil. En hiver, elle est basse au-dessus de l'horizon et n'éclaire le sol que par des rayons glissants, qui réchauffent moins la surface éclairée. Cette position des rayons entraîne leur répartition sur une plus grande surface, ce qui réduit leur intensité par rapport à la chute estivale. De plus, la présence d’un angle aigu lorsque les rayons traversent l’atmosphère « allonge » leur trajet, leur faisant perdre davantage de chaleur. Cette circonstance réduit l'impact du rayonnement solaire en hiver.

Le soleil est une étoile qui constitue une source de chaleur et de lumière pour notre planète. Il « contrôle » le climat, le changement des saisons et l’état de toute la biosphère de la Terre. Et seule la connaissance des lois de cette puissante influence nous permettra d'utiliser ce don vivifiant au profit de la santé des gens.

L'intensité de la lumière solaire qui atteint la Terre varie en fonction de l'heure de la journée, de l'année, du lieu et des conditions météorologiques. La quantité totale d’énergie calculée par jour ou par an est appelée irradiation (ou autrement « rayonnement solaire entrant ») et montre la puissance du rayonnement solaire. L'irradiation est mesurée en W*h/m² par jour ou sur une autre période.

L'intensité du rayonnement solaire dans l'espace libre à une distance égale à la distance moyenne entre la Terre et le Soleil est appelée constante solaire. Sa valeur est de 1353 W/m². Lorsqu'elle traverse l'atmosphère, la lumière solaire est atténuée principalement en raison de l'absorption du rayonnement infrarouge par la vapeur d'eau, du rayonnement ultraviolet par l'ozone et de la diffusion du rayonnement par les particules de poussière et les aérosols atmosphériques. L'indicateur de l'influence atmosphérique sur l'intensité du rayonnement solaire atteignant la surface de la Terre est appelé « masse d'air » (AM). AM est défini comme la sécante de l'angle entre le Soleil et le zénith.

La figure 1 montre la distribution spectrale de l'intensité du rayonnement solaire dans diverses conditions. La courbe supérieure (AM0) correspond au spectre solaire en dehors de l'atmosphère terrestre (par exemple à bord d'un vaisseau spatial), c'est-à-dire à masse d'air nulle. Elle est approximée par la distribution de l'intensité du rayonnement d'un corps complètement noir à une température de 5800 K. Les courbes AM1 et AM2 illustrent la distribution spectrale du rayonnement solaire à la surface de la Terre lorsque le Soleil est à son zénith et à un angle entre le Soleil et zénith de 60°, respectivement. Dans ce cas, la puissance totale de rayonnement est respectivement d’environ 925 et 691 W/m². L'intensité moyenne du rayonnement sur Terre coïncide approximativement avec l'intensité du rayonnement à AM = 1,5 (le Soleil est à un angle de 45° par rapport à l'horizon).

Près de la surface de la Terre, nous pouvons prendre la valeur moyenne de l'intensité du rayonnement solaire à 635 W/m². Par une journée très claire et ensoleillée, cette valeur varie de 950 W/m² à 1220 W/m². La valeur moyenne est d'environ 1000 W/m². Exemple : Intensité totale du rayonnement à Zurich (47°30′N, 400 m au-dessus du niveau de la mer) sur une surface perpendiculaire au rayonnement : 1er mai 12h00 1080 W/m² ; 21 décembre 12h00 930 W/m² .

Pour simplifier le calcul de l'arrivée d'énergie solaire, elle est généralement exprimée en heures d'ensoleillement avec une intensité de 1000 W/m². Ceux. 1 heure correspond à l'arrivée d'un rayonnement solaire de 1000 W*h/m². Cela correspond à peu près à la période où le soleil brille en été au milieu d'une journée ensoleillée et sans nuages ​​sur une surface perpendiculaire aux rayons du soleil.

Exemple
Le soleil éclatant brille avec une intensité de 1000 W/m² sur une surface perpendiculaire aux rayons du soleil. En 1 heure, 1 kWh d'énergie chute pour 1 m² (l'énergie est égale à la puissance multipliée par le temps). De même, un apport moyen de rayonnement solaire de 5 kWh/m² dans la journée correspond à 5 heures d'ensoleillement maximum par jour. Ne confondez pas les heures de pointe avec les heures réelles de clarté. Pendant la journée, le soleil brille avec différentes intensités, mais au total il donne la même quantité d'énergie que s'il brillait pendant 5 heures à son intensité maximale. Ce sont les heures de pointe d’ensoleillement qui sont utilisées dans les calculs des installations solaires.

L'arrivée du rayonnement solaire varie au cours de la journée et d'un endroit à l'autre, notamment dans les zones montagneuses. L'irradiation varie en moyenne de 1 000 kWh/m² par an pour les pays d'Europe du Nord, à 2 000-2 500 kWh/m² par an pour les déserts. Les conditions météorologiques et la déclinaison du soleil (qui dépend de la latitude de la zone) entraînent également des différences dans l'arrivée du rayonnement solaire.

En Russie, contrairement à la croyance populaire, il existe de nombreux endroits où il est rentable de convertir l'énergie solaire en électricité. Vous trouverez ci-dessous une carte des ressources en énergie solaire en Russie. Comme vous pouvez le constater, dans la majeure partie de la Russie, il peut être utilisé avec succès en mode saisonnier et dans les régions avec plus de 2 000 heures d'ensoleillement par an - toute l'année. Naturellement, en hiver, la production d'énergie à partir de panneaux solaires est considérablement réduite, mais le coût de l'électricité produite par une centrale solaire reste néanmoins nettement inférieur à celui d'un générateur diesel ou à essence.

Il est particulièrement avantageux de l'utiliser là où il n'y a pas de réseaux électriques centralisés et où l'approvisionnement en énergie est assuré par des générateurs diesel. Et il existe de nombreux domaines de ce type en Russie.

De plus, même là où des réseaux existent, l’utilisation de panneaux solaires fonctionnant en parallèle avec le réseau peut réduire considérablement les coûts énergétiques. Avec la tendance actuelle à l'augmentation des tarifs imposée par les monopoles russes de l'énergie naturelle, l'installation de panneaux solaires devient un investissement intelligent.

Qu'est-ce que le Soleil ? À l’échelle de l’Univers visible, il ne s’agit que d’une petite étoile située à la périphérie de la galaxie appelée Voie Lactée. Mais pour la planète Terre, le Soleil n'est pas seulement un caillot de gaz chaud, mais une source de chaleur et de lumière nécessaire à l'existence de tous les êtres vivants.

Depuis la préhistoire, la lumière du jour est un objet de culte ; son mouvement à travers le firmament était associé à la manifestation des pouvoirs divins. Les recherches sur le Soleil et son rayonnement ont commencé avant même l'adoption du modèle héliocentrique de Nicolas Copernic ; les plus grands esprits des civilisations anciennes s'interrogeaient sur ses mystères.

Les progrès technologiques ont donné à l’humanité la possibilité d’étudier non seulement les processus à l’intérieur et à la surface du Soleil, mais également les changements du climat terrestre sous son influence. Les données statistiques permettent de donner une réponse claire à la question de savoir ce qu'est le rayonnement solaire, comment il est mesuré et de déterminer son impact sur les organismes vivants habitant la planète.

Comment s’appelle le rayonnement solaire ?

La nature du rayonnement solaire est restée floue jusqu'à ce qu'au début du XXe siècle, l'éminent astronome Arthur Eddington suggère que la source de l'énergie solaire colossale était les réactions de fusion thermonucléaire qui se produisent dans ses profondeurs. La température près de son noyau (environ 15 millions de degrés) est suffisante pour que les protons surmontent la force de répulsion mutuelle et forment des noyaux d'hélium à la suite d'une collision.

Par la suite, des scientifiques (notamment Albert Einstein) ont découvert que la masse du noyau d'hélium est légèrement inférieure à la masse totale des quatre protons à partir desquels il est formé. Ce phénomène est appelé défaut de masse. Après avoir retracé la relation entre masse et énergie, les scientifiques ont découvert que cet excès est libéré sous forme de rayons gamma.

Lorsqu'ils voyagent du noyau jusqu'à la surface du Soleil à travers les couches de gaz qui le composent, les quanta gamma sont broyés et convertis en ondes électromagnétiques, parmi lesquelles se trouve la lumière visible à l'œil humain. Ce processus prend environ 10 millions d'années. Et il ne faut que 8 minutes pour atteindre le rayonnement solaire à la surface de la Terre.

Le rayonnement solaire comprend les ondes électromagnétiques à large portée et le vent solaire, qui est un flux de particules lumineuses et d'électrons.

Quels types de rayonnement solaire existent et leurs caractéristiques

Aux limites de l’atmosphère terrestre, l’intensité du rayonnement solaire est une valeur constante. L'énergie du Soleil est discrète et est transférée par portions (quanta) d'énergie, mais leur contribution corpusculaire est relativement faible, c'est pourquoi les rayons du soleil sont considérés comme des ondes électromagnétiques qui se propagent de manière uniforme et rectiligne.

La principale caractéristique de l'onde est la longueur d'onde avec laquelle se distinguent les types de rayonnement :

• les ondes radio;
• infrarouge (thermique);
• lumière visible (blanche);
• ultra-violet;
• rayons gamma.

Le rayonnement solaire est représenté par le rayonnement infrarouge (IR), visible (VI) et ultraviolet (UV) dans des proportions respectives de 52 %, 43 % et 5 %. Une mesure quantitative du rayonnement solaire est considérée comme l'irradiance (densité de flux énergétique) - l'énergie radiante reçue par unité de temps et par unité de surface.

Répartition du rayonnement solaire à la surface de la Terre

La majeure partie du rayonnement est absorbée par l'atmosphère terrestre et la chauffe à une température familière aux organismes vivants. La couche d’ozone ne laisse passer que 1 % des rayons ultraviolets et sert de bouclier contre les rayonnements à ondes courtes plus agressifs.

L'atmosphère absorbe environ 20 % des rayons du soleil et en diffuse 30 % dans différentes directions. Ainsi, seule la moitié de l’énergie rayonnante, appelée rayonnement solaire direct, atteint la surface de la Terre.

L'intensité du rayonnement solaire direct est influencée par plusieurs facteurs :

• angle d'incidence de la lumière solaire (latitude géographique) ;
• distance du point d'impact au Soleil (période de l'année) ;
• la nature de la surface réfléchissante ;
• transparence de l'atmosphère (nébulosité, pollution).

Le rayonnement diffusé et direct constitue le rayonnement solaire total dont l'intensité se mesure en calories par unité de surface. Il est clair que le rayonnement solaire n’a d’effet que pendant la journée et qu’il est inégalement réparti sur la surface terrestre. Son intensité augmente à mesure qu'elle se rapproche des pôles, mais la neige reflète une plus grande proportion d'énergie radiante, de sorte que l'air ne se réchauffe pas. Par conséquent, l'indicateur total diminue avec la distance à l'équateur.

L'activité solaire façonne le climat de la Terre et affecte les processus vitaux des organismes qui l'habitent. Sur le territoire des pays de la CEI (dans l'hémisphère nord), le rayonnement diffusé prédomine en hiver et le rayonnement direct prédomine en été.

Le rayonnement infrarouge et son rôle dans la vie de l'humanité

Le rayonnement solaire est majoritairement invisible à l’œil humain. C'est lui qui chauffe le sol terrestre, qui libère ensuite de la chaleur dans l'atmosphère. Ainsi, la température optimale pour la vie sur Terre et les conditions climatiques habituelles sont maintenues.

Outre le Soleil, tous les corps chauffés sont des sources de rayonnement infrarouge. Tous les appareils et appareils chauffants fonctionnent sur ce principe, permettant de voir des objets plus ou moins chauffés dans des conditions de mauvaise visibilité.

Le fait qu’une personne ne soit pas capable de percevoir la lumière infrarouge ne réduit pas son effet sur le corps. Ce type de rayonnement a trouvé une application en médecine en raison des propriétés suivantes :

• dilatation des vaisseaux sanguins, normalisation du flux sanguin;
• augmentation du nombre de leucocytes;
• traitement de l'inflammation chronique et aiguë des organes internes;
• prévention des maladies de peau;
• élimination des cicatrices colloïdales, traitement des plaies non cicatrisantes.

Les thermographes infrarouges permettent de détecter à temps les maladies qui ne peuvent être diagnostiquées par d'autres méthodes (caillots sanguins, tumeurs cancéreuses, etc.). Le rayonnement infrarouge est une sorte d'« antidote » au rayonnement ultraviolet négatif, c'est pourquoi ses propriétés curatives sont utilisées pour restaurer la santé des personnes qui se trouvent dans l'espace depuis longtemps.

Le mécanisme d’action des rayons infrarouges n’a pas été entièrement étudié et, comme tout type de rayonnement, s’il est mal utilisé, il peut être nocif pour la santé humaine. Le traitement aux rayons infrarouges est contre-indiqué en présence d'inflammation purulente, de saignements, de tumeurs malignes, d'insuffisance circulatoire cérébrale et du système cardiovasculaire.

Composition spectrale et propriétés de la lumière visible

Les faisceaux lumineux se propagent en ligne droite et ne se chevauchent pas, ce qui soulève une bonne question : pourquoi le monde qui nous entoure étonne-t-il par la variété des nuances différentes. Le secret réside dans les propriétés fondamentales de la lumière : réflexion, réfraction et absorption.

On sait avec certitude que les objets n'émettent pas de lumière, elle est partiellement absorbée par eux et réfléchie sous différents angles en fonction de la fréquence. La vision humaine a évolué au fil des siècles, mais la rétine de l’œil ne peut percevoir qu’une gamme limitée de lumière réfléchie dans l’intervalle étroit entre les rayonnements infrarouge et ultraviolet.

L'étude des propriétés de la lumière a donné naissance non seulement à une branche distincte de la physique, mais également à un certain nombre de théories et de pratiques non scientifiques basées sur l'influence de la couleur sur l'état mental et physique d'un individu. Grâce à ces connaissances, une personne décore l'espace environnant de la couleur la plus agréable à l'œil, ce qui rend la vie aussi confortable que possible.

Le rayonnement ultraviolet et ses effets sur le corps humain

Le spectre ultraviolet de la lumière solaire se compose d'ondes longues, moyennes et courtes, qui diffèrent par leurs propriétés physiques et la nature de leur effet sur les organismes vivants. Les rayons ultraviolets, qui appartiennent au spectre des ondes longues, sont principalement diffusés dans l'atmosphère et n'atteignent pas la surface de la Terre. Plus la longueur d’onde est courte, plus l’ultraviolet pénètre profondément dans la peau.

Le rayonnement ultraviolet est nécessaire au maintien de la vie sur Terre. Les rayons UV ont les effets suivants sur le corps humain :

• saturation en vitamine D, nécessaire à la formation du tissu osseux ;
• prévention de l'ostéochondrose et du rachitisme chez les enfants;
• normalisation des processus métaboliques et synthèse d'enzymes utiles;
• activation de la régénération tissulaire;
• amélioration de la circulation sanguine, vasodilatation;
• augmenter l'immunité;
• soulager l'excitation nerveuse en stimulant la production d'endorphines.

Malgré la longue liste de qualités positives, les bains de soleil ne sont pas toujours efficaces. Une exposition prolongée au soleil à des moments défavorables ou pendant des périodes d'activité solaire anormalement élevée annule les propriétés bénéfiques des rayons UV.

L’irradiation ultraviolette à fortes doses a exactement le contraire de ce à quoi on s’attend :

• érythème (rougeur de la peau) et coup de soleil ;
• hyperémie, gonflement;
• augmentation de la température corporelle;
• mal de tête;
• dysfonctionnement des systèmes immunitaire et nerveux central;
• perte d'appétit, nausées, vomissements.

Ces signes sont des symptômes d’insolation, dans lesquels la détérioration de l’état d’une personne peut passer inaperçue. Procédure en cas d'insolation :

• déplacer la personne de la zone exposée à la lumière directe du soleil vers un endroit frais ;
• allongez-vous sur le dos et levez vos jambes en position surélevée pour normaliser la circulation sanguine ;
• rincez votre visage et votre cou à l'eau froide, faites de préférence une compresse sur votre front ;
• donner la possibilité de respirer librement et de se débarrasser des vêtements serrés ;
• Donnez à boire une petite quantité d’eau froide et propre dans la demi-heure.

Dans les cas graves, en cas de perte de conscience, il est nécessaire d'appeler une ambulance et, si possible, de ramener la victime à la raison. Les soins médicaux du patient consistent en l'administration d'urgence de glucose ou d'acide ascorbique par voie intraveineuse.

Règles de bronzage en toute sécurité

Les rayons UV stimulent la synthèse d'une hormone spéciale, la mélanine, à l'aide de laquelle la peau humaine s'assombrit et prend une teinte bronze. Les débats sur les avantages et les inconvénients du bronzage durent depuis des décennies.

Il a été prouvé que le bronzage est une réaction protectrice de l’organisme contre les rayons ultraviolets, et qu’un bain de soleil excessif augmente le risque de tumeurs malignes.

Si l'envie de rendre hommage à la mode l'emporte, il faut comprendre ce qu'est le rayonnement solaire, comment s'en protéger et suivre des recommandations simples :

• bronzer progressivement exclusivement le matin ou le soir ;
• ne restez pas à la lumière directe du soleil pendant plus d'une heure ;
• appliquer des agents protecteurs sur la peau;
• buvez plus d’eau propre pour éviter la déshydratation ;
• incluez dans votre alimentation des aliments contenant de la vitamine E, du bêta-carotène, de la tyrosine et du sélénium ;
• limiter la consommation de boissons alcoolisées.

La réponse du corps au rayonnement ultraviolet est individuelle, c'est pourquoi l'heure du bain de soleil et sa durée doivent être choisies en tenant compte du type de peau et de l'état de santé de la personne.

Le bronzage est extrêmement contre-indiqué pour les femmes enceintes, les personnes âgées, les personnes souffrant de maladies de peau, d'insuffisance cardiaque, de troubles mentaux et de présence de tumeurs malignes.

L'étoile brillante nous brûle de rayons chauds et nous fait réfléchir sur l'importance des radiations dans nos vies, leurs avantages et leurs inconvénients. Qu’est-ce que le rayonnement solaire ? Un cours de physique à l'école suggère de se familiariser d'abord avec le concept de rayonnement électromagnétique en général. Ce terme désigne une autre forme de matière, différente de la substance. Cela inclut à la fois la lumière visible et le spectre qui n’est pas perçu par l’œil. C'est-à-dire les rayons X, les rayons gamma, les ultraviolets et les infrarouges.

Ondes électromagnétiques

En présence d'une source-émetteur de rayonnement, ses ondes électromagnétiques se propagent dans toutes les directions à la vitesse de la lumière. Ces vagues, comme toutes les autres, présentent certaines caractéristiques. Ceux-ci incluent la fréquence et la longueur d’onde des vibrations. Tout corps dont la température diffère du zéro absolu a la propriété d'émettre un rayonnement.

Le soleil est la source de rayonnement principale et la plus puissante à proximité de notre planète. À son tour, la Terre (son atmosphère et sa surface) émet elle-même des rayonnements, mais dans une plage différente. L'observation des conditions de température sur la planète sur de longues périodes de temps a donné lieu à l'hypothèse d'un équilibre entre la quantité de chaleur reçue du Soleil et rejetée dans l'espace.

Rayonnement solaire : composition spectrale

La majorité absolue (environ 99 %) de l'énergie solaire dans le spectre se situe dans la gamme de longueurs d'onde allant de 0,1 à 4 microns. Les 1 % restants sont des rayons de longueurs plus ou moins longues, notamment les ondes radio et les rayons X. Environ la moitié de l’énergie rayonnante du soleil se trouve dans le spectre que nous percevons avec nos yeux, environ 44 % dans le rayonnement infrarouge et 9 % dans le rayonnement ultraviolet. Comment savons-nous comment le rayonnement solaire est divisé ? Le calcul de sa répartition est possible grâce aux études des satellites spatiaux.

Certaines substances peuvent entrer dans un état spécial et émettre un rayonnement supplémentaire dans une gamme de longueurs d'onde différente. Par exemple, la lueur se produit à basse température, ce qui n'est pas typique de l'émission de lumière par une substance donnée. Ce type de rayonnement, dit luminescent, ne répond pas aux principes habituels du rayonnement thermique.

Le phénomène de luminescence se produit après qu’une substance absorbe une certaine quantité d’énergie et passe à un autre état (appelé état excité), dont l’énergie est plus élevée qu’à la température de la substance. La luminescence apparaît lors de la transition inverse - d'un état excité à un état familier. Dans la nature, nous pouvons l’observer sous la forme de lueurs du ciel nocturne et d’aurores boréales.

Notre luminaire

L'énergie des rayons du soleil est presque la seule source de chaleur de notre planète. Son propre rayonnement provenant de ses profondeurs vers la surface a une intensité environ 5 000 fois moindre. Dans le même temps, la lumière visible – l’un des facteurs de vie les plus importants sur la planète – ne représente qu’une partie du rayonnement solaire.

L'énergie des rayons du soleil est convertie en chaleur, une plus petite partie - dans l'atmosphère et une plus grande partie - à la surface de la Terre. Là, il est dépensé pour chauffer l'eau et le sol (couches supérieures), qui dégagent ensuite de la chaleur dans l'air. En se réchauffant, l'atmosphère et la surface terrestre émettent à leur tour des rayons infrarouges dans l'espace, tout en se refroidissant.

Rayonnement solaire : définition

Le rayonnement qui arrive directement à la surface de notre planète depuis le disque solaire est généralement appelé rayonnement solaire direct. Le soleil le diffuse dans toutes les directions. Compte tenu de l'énorme distance entre la Terre et le Soleil, le rayonnement solaire direct en tout point de la surface de la Terre peut être représenté comme un faisceau de rayons parallèles dont la source est presque infinie. La zone située perpendiculairement aux rayons du soleil en reçoit ainsi la plus grande quantité.

La densité de flux de rayonnement (ou irradiance) est une mesure de la quantité de rayonnement tombant sur une surface spécifique. Il s’agit de la quantité d’énergie rayonnante tombant par unité de temps et par unité de surface. Cette quantité est mesurée - l'irradiance - en W/m2. Notre Terre, comme chacun le sait, tourne autour du Soleil sur une orbite ellipsoïdale. Le soleil est situé à l'un des foyers de cette ellipse. Par conséquent, chaque année, à un certain moment (début janvier), la Terre occupe la position la plus proche du Soleil et à une autre (début juillet) la plus éloignée de lui. Dans ce cas, la quantité d'énergie d'éclairage change en proportion inverse du carré de la distance au luminaire.

Où va le rayonnement solaire qui atteint la Terre ? Ses types sont déterminés par de nombreux facteurs. Selon la latitude géographique, l'humidité, la nébulosité, une partie est dispersée dans l'atmosphère, une partie est absorbée, mais la majorité atteint quand même la surface de la planète. Dans ce cas, une petite quantité est réfléchie et la majeure partie est absorbée par la surface de la terre, sous l'influence de laquelle elle est chauffée. Le rayonnement solaire diffusé tombe également partiellement sur la surface de la Terre, y est partiellement absorbé et partiellement réfléchi. Le reste va dans l’espace.

Comment se déroule la distribution ?

Le rayonnement solaire est-il uniforme ? Ses types, après toutes les « pertes » dans l’atmosphère, peuvent différer par leur composition spectrale. Après tout, des rayons de différentes longueurs sont à la fois diffusés et absorbés de différentes manières. En moyenne, l'atmosphère absorbe environ 23 % de sa quantité initiale. Environ 26 % du flux total se transforme en rayonnement diffusé, dont les 2/3 frappent ensuite la Terre. Essentiellement, il s’agit d’un type de rayonnement différent de celui d’origine. Le rayonnement diffusé est envoyé sur Terre non pas par le disque du Soleil, mais par la voûte céleste. Sa composition spectrale est différente.

Absorbe les rayonnements principalement de l’ozone – le spectre visible et les rayons ultraviolets. Le rayonnement infrarouge est absorbé par le dioxyde de carbone (dioxyde de carbone), qui est d'ailleurs très peu présent dans l'atmosphère.

La diffusion du rayonnement, qui l'affaiblit, se produit pour n'importe quelle longueur d'onde du spectre. Au cours du processus, ses particules, soumises à une influence électromagnétique, redistribuent l'énergie de l'onde incidente dans toutes les directions. Autrement dit, les particules servent de sources ponctuelles d’énergie.

Lumière du jour

En raison de la diffusion, la lumière provenant du soleil change de couleur lorsqu'elle traverse des couches d'atmosphères. L’importance pratique de la diffusion est de créer la lumière du jour. Si la Terre était privée d’atmosphère, l’éclairage n’existerait que là où les rayons directs ou réfléchis du soleil frappent la surface. C'est-à-dire que l'atmosphère est la source d'éclairage pendant la journée. Grâce à lui, il fait jour aussi bien dans les endroits inaccessibles aux rayons directs que lorsque le soleil est caché derrière les nuages. C'est la diffusion qui donne la couleur de l'air - nous voyons le ciel bleu.

De quoi d’autre dépend le rayonnement solaire ? Le facteur de turbidité ne doit pas être négligé. Après tout, le rayonnement est affaibli de deux manières : par l'atmosphère elle-même et la vapeur d'eau, ainsi que diverses impuretés. Le niveau de poussière augmente en été (tout comme la teneur en vapeur d'eau dans l'atmosphère).

Rayonnement total

Il fait référence à la quantité totale de rayonnement tombant sur la surface de la Terre, à la fois direct et diffus. Le rayonnement solaire total diminue par temps nuageux.

C'est pour cette raison qu'en été, le rayonnement total est en moyenne plus élevé avant midi qu'après midi. Et dans la première moitié de l'année - plus que dans la seconde.

Qu'arrive-t-il au rayonnement total à la surface de la Terre ? Lorsqu’elle y arrive, elle est en grande partie absorbée par la couche supérieure du sol ou de l’eau et se transforme en chaleur, tandis qu’une partie est réfléchie. Le degré de réflexion dépend de la nature de la surface terrestre. Un indicateur exprimant le pourcentage du rayonnement solaire réfléchi par rapport à la quantité totale tombant sur la surface est appelé albédo de surface.

Le concept d'auto-rayonnement de la surface terrestre fait référence au rayonnement à ondes longues émis par la végétation, la couverture neigeuse, les couches supérieures de l'eau et le sol. Le bilan radiatif d’une surface est la différence entre la quantité absorbée et la quantité émise.

Rayonnement efficace

Il a été prouvé que le contre-rayonnement est presque toujours inférieur au rayonnement terrestre. De ce fait, la surface de la Terre subit des pertes de chaleur. La différence entre les valeurs du rayonnement propre de la surface et le rayonnement atmosphérique est appelée rayonnement effectif. Il s’agit en réalité d’une perte nette d’énergie et, par conséquent, de chaleur la nuit.

Il existe également en journée. Mais pendant la journée, il est partiellement compensé, voire couvert, par le rayonnement absorbé. La surface de la Terre est donc plus chaude le jour que la nuit.

À propos de la répartition géographique des rayonnements

Le rayonnement solaire sur Terre est inégalement réparti tout au long de l’année. Sa distribution est de nature zonale et les isolignes (points de connexion de valeurs égales) du flux de rayonnement ne sont pas du tout identiques aux cercles latitudinaux. Cet écart est dû aux différents niveaux de nébulosité et de transparence atmosphérique dans différentes régions du globe.

Le rayonnement solaire total tout au long de l'année est plus élevé dans les déserts subtropicaux avec une atmosphère partiellement nuageuse. C'est beaucoup moins dans les zones forestières de la ceinture équatoriale. La raison en est une nébulosité accrue. Vers les deux pôles, cet indicateur diminue. Mais dans la région des pôles, il augmente à nouveau - dans l'hémisphère nord, il est moindre, dans la région de l'Antarctique enneigé et partiellement nuageux - davantage. À la surface des océans, le rayonnement solaire est en moyenne inférieur à celui des continents.

Presque partout sur Terre, la surface présente un bilan radiatif positif, c'est-à-dire que, dans le même temps, l'afflux de rayonnement est supérieur au rayonnement effectif. Les exceptions sont les régions de l'Antarctique et du Groenland avec leurs plateaux de glace.

Sommes-nous confrontés au réchauffement climatique ?

Mais ce qui précède ne signifie pas un réchauffement annuel de la surface de la Terre. L'excès de rayonnement absorbé est compensé par des fuites de chaleur de la surface vers l'atmosphère, qui se produisent lorsque la phase de l'eau change (évaporation, condensation sous forme de nuages).

Ainsi, l’équilibre radiatif en tant que tel n’existe pas à la surface de la Terre. Mais il existe un équilibre thermique : l’apport et la perte de chaleur sont équilibrés de différentes manières, y compris par rayonnement.

Répartition du solde de la carte

Aux mêmes latitudes du globe, le bilan radiatif est plus élevé à la surface de l’océan qu’au-dessus des terres. Cela peut s'expliquer par le fait que la couche qui absorbe le rayonnement dans les océans est plus épaisse, alors que dans le même temps, le rayonnement effectif y est moindre en raison de la froideur de la surface de la mer par rapport à celle de la terre ferme.

Des fluctuations importantes de l'amplitude de sa répartition sont observées dans les déserts. Le bilan y est plus faible en raison du rayonnement efficace élevé dans l'air sec et dans des conditions de nuages ​​bas. Elle est réduite dans une moindre mesure dans les régions à climat de mousson. Pendant la saison chaude, la nébulosité y est accrue et le rayonnement solaire absorbé est moindre que dans d'autres régions de la même latitude.

Bien entendu, le principal facteur dont dépend le rayonnement solaire annuel moyen est la latitude d'une zone particulière. Des « portions » record de rayonnement ultraviolet sont dirigées vers les pays situés à proximité de l’équateur. Il s'agit de l'Afrique du Nord-Est, de sa côte orientale, de la péninsule arabique, du nord et de l'ouest de l'Australie, d'une partie des îles d'Indonésie et de la côte ouest de l'Amérique du Sud.

En Europe, la Turquie, le sud de l'Espagne, la Sicile, la Sardaigne, les îles de Grèce, la côte française (partie sud), ainsi que certaines parties de l'Italie, de Chypre et de la Crète, reçoivent la plus grande dose de lumière et de rayonnement.

Et nous ?

Le rayonnement solaire total en Russie est réparti, à première vue, de manière inattendue. Sur le territoire de notre pays, curieusement, ce ne sont pas les stations balnéaires de la mer Noire qui détiennent la palme. Les doses de rayonnement solaire les plus élevées se produisent dans les territoires frontaliers de la Chine et de Severnaya Zemlya. En général, le rayonnement solaire en Russie n'est pas particulièrement intense, ce qui s'explique pleinement par notre situation géographique septentrionale. La quantité minimale d'ensoleillement va à la région du nord-ouest - Saint-Pétersbourg, ainsi qu'à ses environs.

Le rayonnement solaire en Russie est inférieur à celui de l’Ukraine. Là, la plupart des rayons ultraviolets sont dirigés vers la Crimée et les territoires situés au-delà du Danube, suivis en deuxième position par les Carpates et les régions du sud de l'Ukraine.

Le rayonnement solaire total (cela inclut à la fois direct et diffus) tombant sur une surface horizontale est indiqué mois par mois dans des tableaux spécialement élaborés pour différents territoires et est mesuré en MJ/m2. Par exemple, le rayonnement solaire à Moscou varie de 31 à 58 en hiver à 568 à 615 en été.

À propos de l’insolation solaire

L’insolation, ou la quantité de rayonnement bénéfique tombant sur une surface éclairée par le soleil, varie considérablement selon les emplacements géographiques. L'ensoleillement annuel est calculé par mètre carré en mégawatts. Par exemple, à Moscou, cette valeur est de 1,01, à Arkhangelsk - 0,85, à Astrakhan - 1,38 MW.

Lors de sa détermination, il est nécessaire de prendre en compte des facteurs tels que la période de l'année (en hiver, l'éclairage et la durée du jour sont plus faibles), la nature du terrain (les montagnes peuvent bloquer le soleil), les conditions météorologiques caractéristiques de la région - brouillard, pluies fréquentes et nébulosité. Le plan de réception de la lumière peut être orienté verticalement, horizontalement ou obliquement. L'ampleur de l'ensoleillement, ainsi que la répartition du rayonnement solaire en Russie, sont présentées sous forme de données regroupées dans un tableau par ville et région, indiquant la latitude géographique.