Вся органическая жизнь на Земле обязана своим происхождением лучистой энергии Солнца, которая нагревает земную поверхность вызывает испарение влаги и способствует образованию воздушных течений и возникновению других природных явлений физического характера. По физической сущности она представляет собой поток электромагнитных колебаний, распространяющихся прямолинейно со скоростью 300000 км/сек, с длиной волны от 290 нм до 30000 нм. При этом оказалось, что любое электромагнитное излучение обладает не только волновыми, но и корпускулярными свойствами, выражающимися в том, что при всех взаимодействиях с веществом поглощение и испускание происходят отдельными порциями — квантами, причем, согласно формуле Планка, существует определенная зависимость между энергией кванта и частотой колебаний (квантовая постоянная). В соответствии с этим чем больше величина энергии кванта излучения, тем короче длина волны.
Рис. 2. Зависимость между высотой стояния солнца и длиной пути, проходимого солнечными лучами в атмосфере.
S1 — солнце в зените; S4 — солнце на горизонте
Поскольку лучистая энергия солнца, достигая земной поверхности, трансформируется в тепловую, принято об ее интенсивности судить по количеству поглощенного тепла в малых калориях на 1 см2 в минуту. Используя этот показатель, удалось установить, что в природных условиях постоянно происходят колебания напряженности лучистой энергии солнца. На нее оказывают влияние высота стояния солнца, угол падения солнечных лучей и прозрачность атмосферы. О зависимости интенсивности излучения от высоты стояния солнца дает ясное представление рис. 2. Когда солнце в зените, оно находится на наиболее близком расстоянии от земли и путь лучей самый короткий. На закате наоборот — самый длинный (увеличение в 30—32 раза). Понятно, что чем большую массу атмосферы проходят лучи, тем больше они рассеиваются и поглощаются и тем меньшее их количество доходит до поверхности земли. Зависимость от угла падения обусловливается тем, на каком участке земной поверхности распределяется один и тот же поток солнечных лучей. Совершенно ясно, что при перпендикулярном падении он займет наименьшую поверхность и его интенсивность здесь будет больше, чем при наклонном.
Наконец, как было указано, при прохождении через атмосферу лучистый поток частично рассеивается, частично поглощается. В то время как первые два фактора влияют всегда одинаково, последний из них является переменным, зависящим от наличия водяных паров и загрязненности атмосферы дымом и пылью. Установлено, что если напряжение солнечной радиации при абсолютной прозрачности атмосферы, равно 2 кал/см2/мин (солнечная постоянная), то массой атмосферы эта величина значительно уменьшается, причем фактически земли достигает в зависимости от воздействия указанных факторов от 43 до 75% лучистой энергии.
Наряду с изменениями интенсивности солнечной радиации имеют место также и колебания ее спектрального состава.
Земная атмосфера обладает избирательными свойствами в отношений поглощения и рассеивания солнечной радиации, ослабление которой происходит главным образом вследствие поглощения ее водяными парами и частично углекислотой атмосферного воздуха. Чем больше водяных паров в воздухе, тем меньше инфракрасных лучей солнца достигает земной поверхности.
Наименьшим изменениям подвергается видимая часть солнечного спектра, колебания которой имеют место вследствие различной высоты солнцестояния, степени прозрачности атмосферного воздуха и величины рассеяния солнечных лучей.
О соотношении между спектральным составом солнечных лучей до вступления в атмосферу и по достижении земной поверхности дает представление таблица 4.
| Участок спектра | Ультрафиолетовый 290 — 390 нм* |
Видимый 390 — 760 нм |
Инфракрасный 760 — 2300 нм |
| На границе атмосферы У земной поверхности при высоте солнца около 40° |
5 1 |
52 40 |
43 59 |