Radiazione solare

La radiazione solare è l'energia radiante emessa nello spazio interplanetario dal Sole, generata a partire dalle reazioni termonucleari di fusione che avvengono nel nucleo solare e che producono radiazioni elettromagnetiche a varie frequenze o lunghezze d'onda, le quali si propagano poi nello spazio alle velocità tipiche di queste onde.

Ogni forma di vita sulla Terra viene mantenuta dal flusso energetico solare che penetra nella biosfera; l'energia utilizzata per la formazione ed il mantenimento della biomassa è l'1% della radiazione totale in arrivo. La radiazione ha un'influenza diretta sulla temperatura dell'aria e del terreno e sul processo di evapotraspirazione (consiste nella quantità d'acqua che dal terreno passa nell'aria allo stato di vapore per effetto congiunto della traspirazione, attraverso le piante, e dell'evaporazione, direttamente dal terreno), ed indiretta sul valore dell'umidità atmosferica, sul movimento delle masse d'aria e sulle precipitazioni.

La quantità totale di radiazione emessa dal Sole nell'unità di tempo, nell'unità di superficie e misurata alle soglie esterne dell'atmosfera, valore pressoché costante nel tempo, è detta costante solare.

Caratteristiche

La radiazione solare non è concentrata su una sola frequenza, ma è distribuita su un ampio spettro di ampiezza non costante con la forma di una campana com'è lo spettro tipico di un corpo nero col quale la sorgente solare è modellizzata. Il massimo di radiazione è centrato nella banda della radiazione visibile o luce col picco ai 500 nm fuori dall'atmosfera terrestre in base alla legge di Wien, nel Ciano-verde. La banda di radiazioni fotosinteticamente attive (PAR) va dai 400 ai 700 nm, corrisponde alla radiazione visibile ed è pari al 41% della radiazione totale. All'interno del PAR esistono sottobande con radiazioni:

• blu-violette, (400-490 nm), assorbite dai pigmenti, con azione sulla fioritura, sintesi proteica, effetti fototropici, medio effetto sulla fotosintesi;
• verdi (490-560 nm), le meno attive fotosinteticamente;
• gialle (560-590 nm);
• rosso-arancio (590-700 nm), molto attive per la fotosintesi. La colorazione delle piante è tale proprio in virtù del fatto che il verde è colore complementare al rosso, e quindi è in grado di catturare queste bande dello spettro elettromagnetico.

Oltre alla radiazione visibile una componente energeticamente minoritara, ma comunque degna di nota per i loro effetti è costituita dagli infrarossi e soprattutto dai raggi ultravioletti.

Nell'attraversare l'atmosfera la radiazione solare subisce fenomeni di riflessione, rifrazione, assorbimento, diffusione ad opera dei vari gas atmosferici in misura variabile in funzione della frequenza, così che al suolo lo spettro solare risulta irregolare rispetto a quello rilevato alle soglie esterne dell'atmosfera (TOA) con presenza di tipiche bande di assorbimento o riflessione.

Propagazione in atmosfera

Bilancio della radiazione

La Terra riceve dal Sole 1366 W/m² (costante solare). Questa è riferita al piano, occorre quindi considerare che sulla terra colpisce una calotta sferica per 1440 minuti, riducendosi del 75%. L'atmosfera filtra in una certa misura i raggi solari come fa ogni corpo provocando:

• una riflessione dei raggi dovuta all'albedo;
• un assorbimento che ne provoca un aumento di temperatura, a seguito del quale riemette radiazioni in accordo con la legge di Wien.

circa metà della radiazione attraversa invece l'atmosfera senza modificazioni, e prende il nome di radiazione netta. Metà della radiazione netta contribuisce infine all'evaporazione delle masse d'acqua, di conseguenza l'energia disponibile è circa un quarto di quella complessivamente emessa.

La stratosfera assorbe i raggi ultravioletti grazie all'ozono (O₃; assorbe 200-300 nm), la troposfera riflette, assorbe e diffonde l'infrarosso grazie al vapore acqueo e alla CO₂. L'azione di filtro delle bande alle lunghezze d'onda dell'ultravioletto, per la maggior parte letali, è essenziale per lo sviluppo della vita.

Albedo

È il coefficiente di riflessione c. I valori di c sono di solito compresi tra 0 e 1 oppure sono espressi in percentuale. È data dal rapporto tra l'energia radiante riflessa da una superficie rispetto l'energia incidente. La Terra ha un valore medio del 40% (c = 0,4) Alla quota di albedo terrestre si aggiungono le radiazioni riflesse dalle particelle atmosferiche verso lo spazio.

Radiazione diffusa

Detta anche indiretta, rappresenta quella quota di radiazione che ha colpito almeno una particella cambiando angolo di incidenza e che arriva comunque al suolo perché verso esso indirizzata. Aumenta relativamente alla totale in cieli nuvolosi. In particolare lo scattering di Rayleigh dello componente blu della radiazione solare è responsabile del colore blu del cielo.

Radiazione assorbita

È quella radiazione che ha incontrato un ostacolo qualsiasi al quale ha ceduto tutta o una parte della propria energia. L'Energia che non arriva alla superficie della terra si dice estinta ed è formata dalla radiazione assorbita, la radiazione riflessa e la radiazione diffusa nello spazio.

Secondo la legge di Lambert la quantità di radiazioni che colpisce l'unità di superficie è proporzionale al coseno dell'angolo d'incidenza:

$I' = I \times\mbox{cos}\alpha$

Si ha la massima quantità con incidenza perpendicolare, all'aumentare dell'angolo aumenta sia la superficie colpita dalla stessa quantità di radiazioni che lo spessore dell'atmosfera attraversato da questi. Ciò crea le variazioni d'irraggiamento giornaliere, annuali e latitudinali.

Applicazioni

L'energia associata alla radiazione solare (energia solare) può essere sfruttata a livello tecnologico per produrre energia (termica o elettrica) attraverso varie tecnologie solari quali pannello solare termico, fotovoltaico e solare termodinamico ed utilizzata nelle applicazioni umane.

Collegamenti esterni

• Irradiazione solare

Voci correlate

• Costante solare
• Brillamento (o "flare")
• Perdite radiative della corona solare
• Radiazione solare globale in Italia
• Serra solare
• Solarimetro
• Spettro elettromagnetico

Altri progetti

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