Luz del sol

La luz del sol brilla a través de las nubes , dando lugar a rayos crepusculares.

La luz solar es una parte de la radiación electromagnética emitida por el Sol , sobre todo infrarrojo, visible y ultravioleta de la luz. En la Tierra , la luz solar es filtrada a través de la atmósfera de la Tierra , y es obvio como la luz del día en que el Sol está por encima del horizonte.

Cuando la radiación solar directa no es bloqueada por las nubes, se experimenta como sol, una combinación de brillante luz y calor radiante. Cuando está bloqueada por las nubes o se refleja en otros objetos, se experimenta como luz difusa.

La Organización Meteorológica Mundial utiliza el término "duración de la insolación" para significar el tiempo acumulativo durante el cual un área recibe directa irradiación del Sol de al menos 120 vatios por metro cuadrado.

La luz solar puede ser grabado usando un grabadora de sol, piranómetro o pirheliómetro.

La luz del sol tarda unos 8,3 minutos en llegar a la Tierra. En promedio, se necesita energía entre 10.000 y 170.000 años de dejar el interior del Sol y luego ser emitida desde la superficie en forma de luz.

La luz solar directa tiene una eficacia luminosa de aproximadamente 93 lúmenes por vatio de flujo radiante. La luz del sol brillante ofrece iluminancia de aproximadamente 100.000 lux o lúmenes por metro cuadrado en la superficie de la Tierra. La cantidad total de energía que se recibe en la planta baja del sol en el cenit es 1.004 vatios por metro cuadrado, que se compone de 527 vatios de radiación infrarroja, 445 vatios de luz visible , y 32 vatios de luz ultravioleta radiación. En la parte superior de la atmósfera solar es de aproximadamente un 30% más intenso, con más de tres veces la fracción de radiación ultravioleta (UV), con la mayor parte de la UV adicional que consiste en biológicamente dañinas onda corta ultravioleta.

La luz del sol es un factor clave en la fotosíntesis , un proceso vital para muchos seres vivos en la Tierra.

Composición y poder

Espectro de irradiancia solar sobre la atmósfera y en la superficie. Los rayos X Extreme UV y se producen (a la izquierda de longitud de onda se muestra), pero comprenden muy pequeñas cantidades de potencia de salida total del Sol.

La espectro de la radiación solar del Sol está cerca de la de un cuerpo negro con una temperatura de aproximadamente 5.800 K . El Sol emite radiación electromagnética en la mayor parte de la espectro electromagnético. Aunque el Sol produce Rayos gamma como resultado de la proceso de fusión nuclear, estos súper alta energía fotones se convierten en fotones de energía más bajos antes de que lleguen a la superficie del Sol y se emiten al espacio. Como resultado, el Sol no emite rayos gamma. El Sol, sin embargo, emiten Los rayos X, ultravioleta , luz visible , infrarrojos, e incluso ondas de radio.

Aunque, como se ha mencionado, la solar corona es una fuente de ultravioleta extrema y la radiación de rayos X, estos rayos son sólo una cantidad muy pequeña de la potencia de salida del Sol (ver espectro de la derecha) y no serán discutidas más. El espectro de casi todos solar radiación electromagnética golpear la atmósfera de la Tierra abarca una gama de 100 nm a aproximadamente 1 mm. Esta banda de potencia de radiación significativa se puede dividir en cinco regiones en orden creciente de longitudes de onda:

• (UVC) gama, que abarca un rango de 100 a 280 nm o ultravioleta C. El término ultravioleta refiere al hecho de que la radiación está en una frecuencia más alta que la luz violeta (y, por tanto, también invisible para el ojo humano). Debido a la absorción por la atmósfera muy poco llega a la superficie de la Tierra. Este espectro de la radiación tiene tiene propiedades germicidas, y se utiliza en lámparas germicidas.
• Ultravioleta B o (UVB) alcance se extiende por 280 a 315 nm. También se absorbe en gran medida por la atmósfera, y junto con UVC es responsable de la reacción fotoquímica que conduce a la producción de la capa de ozono. Directamente daña el ADN y las causas quemaduras solares.
• Ultravioleta A o (UVA) se extiende entre 315 y 400 nm. Esta banda se llevó a cabo una vez a ser menos perjudicial para el ADN , y por lo tanto se utiliza en cosmética artificial bronceado ( las cabinas de bronceado y camas para broncearse) y Terapia PUVA para psoriasis. Sin embargo, los rayos UV A ahora se sabe para causar un daño significativo a ADN por vías indirectas (formación de los radicales libres y especies reactivas de oxígeno), y es capaz de causar cáncer.
• Visible rango o la luz se extiende por 380 a 780 nm. Como su nombre indica, se trata de este rango que es visible a simple vista.
• Gama de infrarrojos que abarca 700 nm a 10 nm ⁶ (1 mm). Es responsable de una parte importante de la radiación electromagnética que llega a la Tierra. También se divide en tres tipos sobre la base de la longitud de onda:
  • Infrarrojo-A: 700 nm a 1400 nm
  • Infrarrojo-B: 1400 nm a 3000 nm
  • Infrarrojos-C: 3,000 nm a 1 mm.

La luz del sol en el espacio en la parte superior de la atmósfera terrestre a una potencia de 1.366 vatios / m ² se compone (por la energía total) de la luz alrededor del 50% de infrarrojos, el 40% de la luz visible, y el 10% de luz ultravioleta. En la planta baja esta disminuye a alrededor de 1120-1000 vatios / m ^2, y por fracciones de energía a la luz visible 44%, 3% ultravioleta (con el Sol en el cenit, pero menos en otros ángulos), y el resto de infrarrojos. Por lo tanto, la composición de la luz solar a nivel del suelo, por metro cuadrado, con el sol en el cenit, es de unos 527 vatios de radiación infrarroja, 445 vatios de luz visible , y 32 vatios de luz ultravioleta radiación.

Cálculo

Para calcular la cantidad de luz solar que llega al suelo, tanto en el órbita elíptica de la Tierra y el atenuación por la atmósfera de la Tierra que deben tenerse en cuenta. La iluminación solar extraterrestre (E _ext), corregida por la órbita elíptica utilizando el número de días del año (dn), viene dado por

donde dn = 1 el 1 de enero; dn = 2 el 2 de enero; dn = 32 el 1 de febrero, etc. En esta fórmula se utiliza dn-3, ya que en los tiempos modernos Perihelio de la Tierra, el punto más cercano al Sol y por lo tanto el máximo E _ext se produce alrededor del 3 de enero de cada año. El valor de 0.033412 se determina sabiendo que la relación entre el perihelio (0.98328989 AU) al cuadrado y el afelio (1.01671033 AU) al cuadrado debe ser de aproximadamente 0,935338.

La iluminancia constante solar (E _sc), es igual a 128 × 10 ³ lx. La iluminancia directa normal (E _dn), corregida por los efectos atenuantes de la atmósfera está dada por:

donde c es la atmosférica coeficiente de extinción y m es la relación óptica masa de aire.

Constante solar

La constante solar, una medida de densidad de flujo, es la cantidad de la energía solar entrante radiación electromagnética por unidad de área que sería incidente en un plano perpendicular a los rayos, a una distancia de uno unidad astronómica (UA) (aproximadamente la distancia media del Sol a la Tierra). La "constante solar" incluye todos los tipos de radiación solar, no sólo la luz visible . Su valor medio se pensaba que era de aproximadamente 1.366 kW / m², que varía ligeramente con la actividad solar , pero los recientes recalibración de las observaciones satelitales pertinentes indica un valor cercano a 1.361 kW / m² es más realista. Esta radiación es de aproximadamente 50% de infrarrojos, 40% visible, y aproximadamente 10% ultravioleta en la parte superior de la atmósfera.

Total (TSI) y la irradiancia solar espectral (SSI) en la Tierra

Irradiancia solar total (TSI) - la cantidad de radiación solar recibida en la parte superior de la atmósfera de la Tierra - se midió antes por satélite para ser aproximadamente 1.366 kilowatts por metro cuadrado (kW / m²), pero más recientemente la NASA cita TSI como 1.361 W / m² en comparación con ~ 1366 W / m² de las observaciones anteriores, según los resultados de una serie de monitores de la ETI de la NASA y de satélite de la ESA continúa hoy con el ACRIMSAT / ACRIM3, SOHO / VIRGO y Observaciones SORCE / TIM. Este "descubrimiento es fundamental para examinar el presupuesto de energía del planeta Tierra y aislar el cambio climático debido a actividades humanas". Además, el SORCE Irradiación espectral Monitor (SIM) ha encontrado en el mismo período que irradiancia solar espectral (SSI) en la UV (ultravioleta) de longitud de onda corresponde de una manera menos clara, y probablemente más complicado, con las respuestas del clima de la tierra que se suponía anteriormente, alimentando anchas avenidas de nuevas investigaciones en "la conexión del Sol y la estratosfera, la troposfera, biosfera, el océano y la tierra de clima ".

Intensidad en el Sistema Solar

La luz del sol en Marte es más débil que en la Tierra. Esta foto de un atardecer marciano fue fotografiada por Mars Pathfinder.

Los diferentes órganos del Sistema Solar reciben luz de una intensidad inversamente proporcional al cuadrado de su distancia del Sol Una tosca mesa comparar la cantidad de radiación solar recibida por cada planeta en el Sistema Solar sigue (a partir de datos en ):

El brillo real de la luz solar que se observaría en la superficie depende también de la presencia y composición de una atmósfera. Por ejemplo Densa atmósfera de Venus refleja más del 60% de la luz solar que recibe. La iluminación real de la superficie es de aproximadamente 14.000 lux, comparable a la de la Tierra "durante el día con nubes nublados".

La luz del sol en Marte sería más o menos como la luz del día en la Tierra con gafas de sol, y como se puede ver en las imágenes tomadas por los rovers, hay suficiente radiación difusa del cielo que las sombras no parecen particularmente oscuro. Por lo tanto, daría percepciones y la "sensación" muy parecido a la luz del día la Tierra.

Para fines de comparación, la luz del sol en Saturno es ligeramente más brillante que la luz del sol de la Tierra en la puesta de sol o un amanecer promedio (ver la luz del día para la tabla de comparación). Incluso en la luz del sol a Plutón seguiría siendo lo suficientemente brillante como para casi igualar la sala de estar de la media. Para ver la luz del sol como tenue luz de la luna llena como en la Tierra, una distancia de aproximadamente 500 UA (~ 69 horas luz) que se necesita; sólo hay un puñado de objetos en el sistema solar conocido en orbitar más allá de esa distancia, entre ellos 90377 Sedna y (87269) 2000 OO67.

La iluminación de superficie

El espectro de iluminación de superficie depende de la elevación solar debido a los efectos atmosféricos, con el componente azul del espectro de dispersión atmosférica dominante durante el crepúsculo, antes y después de la salida y la puesta de sol, respectivamente, y dominante rojo durante el amanecer y el atardecer. Estos efectos son evidentes a la luz natural de la fotografía donde la principal fuente de iluminación es la luz solar como mediada por la atmósfera.

De acuerdo a Craig Bohren, "absorción preferencial de la luz solar por el ozono en trayectos largos horizonte da el cielo cenit de su coloración azul cuando el sol está cerca del horizonte".

Ver radiación difusa del cielo para obtener más detalles.

Los efectos climáticos

En la Tierra, la radiación solar es obvia como luz del día cuando el sol está por encima de la horizonte. Esto es durante el día, y también en verano cerca de los polos en la noche, pero no del todo en invierno cerca de los polos. Cuando la radiación directa no es bloqueada por las nubes, se experimenta como la luz solar, la combinación de la percepción de la luz brillante de color blanco (la luz del sol en el sentido estricto) y el calentamiento. El calentamiento en el cuerpo, el suelo y otros objetos depende de la absorción (radiación electromagnética) de la radiación electromagnética en forma de calor .

La cantidad de radiación interceptada por un cuerpo planetario varía inversamente con el cuadrado de la distancia entre la estrella y el planeta. De la Tierra órbita y cambio oblicuidad con el tiempo (más de miles de años), a veces formando un círculo casi perfecto, y en otras ocasiones se extiende hacia un excentricidad orbital de 5% (actualmente 1,67%). El total insolación se mantiene casi constante debido a la segunda ley de Kepler ,

donde es el invariante "velocidad areal". Es decir, la integración durante el período orbital (también invariante) es una constante.

Si asumimos la potencia de radiación solar P como una constante en el tiempo y la irradiación solar propuesta por el la ley del cuadrado inverso, obtenemos también la insolación media como una constante.

Pero la distribución y la intensidad estacional y latitudinal de la radiación solar recibida en la superficie de la Tierra también varía. Por ejemplo, en las latitudes de 65 grados, el cambio en la energía solar en verano y en invierno puede variar en más de un 25% como consecuencia de la variación orbital de la Tierra. Debido a los cambios en invierno y verano tienden a compensar, el cambio en la insolación media anual en cualquier localización dada es cercano a cero, pero la redistribución de energía entre el verano y el invierno afecta fuertemente la intensidad de los ciclos estacionales. Tales cambios asociados con la redistribución de la energía solar se consideran una causa probable para el ir y venir de las últimas edades de hielo (véase: Ciclos de Milankovitch ).

Variaciones pasadas en la irradiación solar

Observaciones desde el espacio de la irradiancia solar comenzaron en 1978. Estas mediciones muestran que la constante solar no es constante. Esto varía con el ciclo solar solar de 11 años. Al ir más atrás en el tiempo, uno tiene que confiar en las reconstrucciones de irradiación, con las manchas solares de los últimos 400 años o radionúclidos cosmogénicas para volver 10.000 años. Tales reconstrucciones se han hecho. Estos estudios muestran que la irradiación solar varía con periodicidades diferentes, tales como: 11 años (Schwabe), 88 años (ciclo Gleisberg), 208 años (ciclo DeVries) y 1.000 años (ciclo de Eddy).

La vida en la Tierra

Este cortometraje explora la conexión vital entre la Tierra y el Sol

La existencia de casi toda vida en la Tierra es alimentado por la luz del sol. Más autótrofos, como las plantas, usar la energía de la luz solar, junto con el dióxido de carbono y agua, para producir azúcares simples -un proceso conocido como fotosíntesis . Estos azúcares se utilizan como bloques de construcción y en otras vías de síntesis que permiten que el organismo crezca.

Los heterótrofos, como los animales, utilizar la luz del sol indirecta por el consumo de los productos de autótrofos, ya sea por el consumo de autótrofos, por el consumo de sus productos o por el consumo de otros heterótrofos. Los azúcares y otros componentes moleculares producidos por los autótrofos son analizados a continuación, liberando energía solar almacenada, y dando la heterotroph la energía necesaria para la supervivencia. Este proceso se conoce como respiración celular.

En prehistoria, los seres humanos comenzaron a ampliar aún más este proceso al poner materiales de plantas y animales a otros usos. Usaban pieles de animales para el calor, por ejemplo, o armas de madera para cazar. Estas habilidades permitió a los humanos cosechan más de la luz solar que era posible a través de la glucólisis solo, y la población humana comenzó a crecer.

Durante el Revolución Neolítica, la domesticación de plantas y animales se incrementó aún más el acceso humano a la energía solar. Los campos dedicados a los cultivos fueron enriquecidos por la materia vegetal no comestible, proporcionando azúcares y nutrientes para cosechas futuras. Los animales que tenían anteriormente sólo proporcionan los seres humanos de carne y herramientas una vez que fueron asesinados ahora se utilizaban para el trabajo durante toda su vida, alimentada por gramíneas no comestible para el ser humano.

Los descubrimientos más recientes de carbón , petróleo y gas natural son las extensiones modernas de esta tendencia. Estos combustibles fósiles son los restos de la antigua materia vegetal y animal, formado usando la energía de la luz solar y luego atrapado dentro de la tierra hace millones de años. Debido a que la energía almacenada en estos combustibles fósiles ha acumulado durante muchos millones de años, han permitido que los humanos modernos para aumentar masivamente la producción y el consumo de de energía primaria. Como la cantidad de combustible fósil es grande pero finito, esto no puede continuar indefinidamente, y existen varias teorías en cuanto a lo que seguirá esta etapa de la civilización humana (por ejemplo, combustibles alternativos, Catástrofe maltusiana, nuevo urbanismo, el pico del petróleo).

Aspectos culturales

Claude Monet : Le déjeuner sur l'herbe

El efecto de la luz solar es relevante para la pintura , se evidencia, por ejemplo, en las obras de Claude Monet en escenas al aire libre y los paisajes.

Muchas personas encuentran que la luz solar directa a ser demasiado brillante para una mayor comodidad, especialmente cuando se lee de papel blanco sobre la que brilla el sol directamente. De hecho, mirando directamente al sol puede causar daño a la visión a largo plazo. Para compensar el brillo de la luz del sol, llevan a muchas personas gafas de sol. Coches , muchos cascos y tapas están equipadas con viseras para bloquear el sol de la visión directa cuando el sol está en un ángulo bajo. Sol es a menudo bloqueado y edificios que entran a través de la utilización de paredes, persianas, toldos, persianas o cortinas, o por las inmediaciones árboles de sombra.

En los países más fríos, muchas personas prefieren días soleados y con frecuencia evitan la sombra. En los países más calientes lo contrario es cierto; durante las horas del medio día muchas personas prefieren permanecer en el interior para mantener la calma. Si ellos van afuera, buscan la sombra que puede ser proporcionada por los árboles, sombrillas , y así sucesivamente.

En el hinduismo el sol es considerado como un dios, ya que es la fuente de vida y energía en la tierra.

Tomar el sol

Tomar el sol es un popular ocio actividad en la que una persona se sienta o se encuentra en la luz del sol directa. La gente suele tomar el sol en lugares cómodos donde hay luz solar suficiente. Algunos lugares comunes para tomar el sol incluyen playas , al aire libre piscinas, parques , jardines , y cafés al aire libre. Los bañistas suelen llevar cantidades limitadas de ropa o algunos simplemente ir desnuda. Para algunos, una alternativa a tomar el sol es el uso de una tumbona que genera ultravioleta luz y se puede utilizar en interiores independientemente de las condiciones climáticas externas y cantidad de luz solar.

Para muchas personas con piel pálida o marrón, un propósito para tomar el sol es oscurecer uno es color de la piel (conseguir un bronceado) ya que se considera en algunas culturas para ser hermosa, asociada a la actividad al aire libre, vacaciones / días de fiesta, y la salud. Algunas personas prefieren tomar el sol desnudo para que un "all-over" o "incluso" bronceado se puede obtener, a veces como parte de un estilo de vida específico.

Para las personas que sufren de psoriasis, tomar el sol es una manera eficaz de curación de los síntomas.

Bronceado de la piel se logra por un aumento en la oscuridad pigmento dentro de las células de la piel llamada melanocitos y en realidad es un mecanismo de respuesta automática del organismo a suficiente exposición a luz ultravioleta la radiación del sol o de artificial lámparas solares. Por lo tanto, el bronceado desaparece gradualmente con el tiempo, cuando uno ya no está expuesto a estas fuentes.

Efectos sobre la salud humana

El cuerpo produce vitamina D de la luz solar (en concreto desde la banda UVB de ultravioleta de luz), y el aislamiento excesivo del sol puede conducir a la deficiencia a menos que las cantidades adecuadas se obtienen a través de la dieta.

Las quemaduras de sol puede tener leves a graves efectos de la inflamación en la piel; esto puede evitarse mediante el uso de una adecuada crema de protección solar o loción o por la progresiva consolidación de melanocitos con el aumento de la exposición. Otro efecto perjudicial de la exposición UV se acelera el envejecimiento de la piel (también llamado fotodaño de la piel), que produce una difícil de tratar cosmética efecto. Algunas personas se preocupan de que el agotamiento del ozono está aumentando la incidencia de este tipo de riesgos para la salud. Una disminución del 10% en la capa de ozono podría causar un aumento del 25% en el cáncer de piel.

La falta de luz del sol, por el contrario, se considera una de las causas principales de trastorno afectivo estacional (SAD), una forma grave de la "depresión de invierno". Ocurrencia SAD es más frecuente en lugares más lejos de los trópicos, y la mayoría de los tratamientos (excepto los medicamentos recetados) implica la terapia de luz, replicando la luz solar a través de lámparas sintonizados a determinadas longitudes de onda de la luz visible, o bombillas de espectro total.

Un estudio reciente indica que una mayor exposición a la luz solar temprano en la vida de una persona se relaciona con un menor riesgo de esclerosis múltiple (EM) más tarde en la vida.