Күн сәулесінің атмосферада жұтылуы және оған байланысты әрекеттесуі

Күн сәулесінің энергиясын Жер бетіне түсетін қарқындылығы атмосферадан тыс шеткі қабатпен салыстырғанда едәуір төмен, себебі оның атмосфералық қабаты арқылы өтетін жарықтық сәулелермен болатын бірқатар атмосферадағы үдерістердің әсерінен төмендейді.

Күн бетінің физикасын ұлғайтқыш оптикалық аспаптардың көмегімен бақылай отырып, оның бетіндегі күңгірт аймақтарды, күн дақтарын, күн алауларын және жарық шашатын аймақтарын бақылауға болады.

Күнде сәулеленудің жалпы қарқындылығы мен оның толқын ұзындықтарына таралуы, әсіресе спектрдің ультракүлгін аймағында, тіптен дерлік өзгермейтіндігі анықталған.

Жер бетіне Күннен орасан зор – жылына 66,8∙10¹⁶ кВт сағ жуық энергия түседі [6,15,19,38].

Алайда атмосферадағы әрқилы күрделі әсерлесулердің салдарынан жер бетіне күн энергиясының тек бір бөлігі ғана жетеді.

Б)

4.2 а, б-сурет. Күн сәулесі атмосфера арқылы өткенде туындайтын өзгерістік жағдайлар

Атмосфераның Жер бетінен 25 км және одан да қашықтағы жоғары қабаттарында ультракүлгін сәулеленудің жұтылуы мен шашырауы жүреді.

Толқын ұзындығы 0,32 мкм-нан аз фотондардың әсерінен озонның О₂ және О-ге ыдырауы жүреді. Осылайша, ультракүлгін сәулеленудің барлық дерлік энергиясы О, О₂ және О₃-тің ыдырау және бірігуінің тұрақты үдерісін қолдауға жұмсалады, оның нәтижесінде атмосфера арқылы өту кезінде ультракүлгін сәулелену аз энергиялы сәулеленуге түрленеді. Және бұл біздің бақытымыз, өйткені ультракүлгін сәулелену теріні күйдіреді, көзді зақымдайды және тіпті өлім қаупі болуы да мүмкін.

Су тамшылары да күнмен сәулеленуді дәл осылай күшті шашыратады. Олардың жоғары тығыздығы кезінде, мысалы ауыр бұлтта, шашыраудың күштілігі сондай, тіпті фотондардың 80%-ы кері ғарыш кеңістігіне қайта шағылады.

Атмосферамен әсерлесудің нәтижесінде Жер бетіндегі күнмен сәулеленудің қарқындылығы оның атмосфераның жоғары қабаттарындағы мәнімен салыстырғанда екі еседен астам азаяды (4.2-сурет).

Осылайша энергияның спектрлік таралуы да елеулі өзгереді (4.3-сурет).

4.3-сурет. Күн сәулесінің спектрлік сипаттамасы

Күнмен сәулелену атмосфера арқылы өту кезінде тағы бір айтарлықтай кедергіге тап келеді – бұл су буының, көмірқышқыл газының және тағы да басқа сәулеленуді жұтатын қосылыстардың молекулалары.

Бұл эффектілердің барлығы атмосфераның құрамына тәуелді болады және бір орыннан екіншісі орынға дейін байқаларлықтай өзгереді. Күн сәулесінің өтуіне үлкен қалалардың атмоферасының едәуір ластануы, теңіз жағалауындағы су буының жоғары мөлшері, бұлттылық және т.б. кедергі келтіреді.

Бірақ, шамасы, жер шарының кез келген нүктесіндегі күн сәулесінің қарқындылығын анықтайтын негізгі фактор болып оның жүріп өткен жолы болып табылады.

Оптикалық маңыз (масса)

Тікелей күн сәулелерінің атмосфера арқылы жүріп өткен қашықтығы түсу бұрышына (зениттік бұрыш) және бақылаушының теңіз деңгейінен орналасу биіктігіне тәуелді болады (4.4-сурет).

Біз аспан бұлтсыз, шаңсыз немесе ауаның ластануынсыз ашық деп жорамалдаймыз. Атмосфераның жоғары шекарасы дәл анықталмағандықтан, өтілген қашықтықтан гөрі маңыздырақ фактор сәулеленудің атмосфералық газдар және булармен әсерлесуі болып табылады. Қалыпты қысым кезіндегі атмосфера арқылы қалыпты өтетін тура сәуле ағыны ауаның белгілі бір массасымен әсерлеседі. Ол сәуленің көлбеу түсуі кезіндегі жол ұзындығының ұлғайтады.

4.4-сурет. Оптикалық маңыз (масса) m = secθ

1 – т коэффициентіне көбейтілген жүрілген жолдың ұзындығы; 2 – қалыпты түсу кезіндегі жолмен салыстырғандағы сәуленің θ_z бұрышымен көлбей түсуі кезіндегі жол ұзындығының ұлғаюы оптикалық масса деп аталады және т символымен белгіленеді [6,19,27,38].

Оптикалық масса үшін АМ қысқартылуы қолданылады. АМ0 нөлдік атмосфераға, яғни атмосферадан тыс ғарыштық кеңістіктегі сәулеленуге; АМ1 сәйкес келеді m= 1 Күннің зенитте орналасуына сәйкес келеді; АМ2 – m = 2 және т.с.с.

4.4-суретінен жер бетінің қисықтығын есепке алмағанда мынаны аламыз.

m=secθ_z. (4.1)