RADIAÇÃO SOLAR

SATÉLITE SOLAR

ESPELHO SOLAR

RADIAÇÃO SOLAR
.Radiação solar E Espectro da irradiância solar no topo da atmosfera terrestre.

Radiação solar é a designação dada à energia radiante emitida pelo Sol , em particular aquela que é transmitida sob a forma de radiação electromagnética .

Cerca de metade desta energia é emitida como luz visível na parte de frequência mais alta do espectro electromagnético e o restante na do infravermelho próximo e como radiação ultravioleta .

A radiação solar fornece anualmente para a atmosfera terrestre 1,5 x 1018 kWh de energia, a qual, para além de suportar a vasta maioria das cadeias tróficas, sendo assim o verdadeiro sustentáculo da vida na Terra, é a principal responsável pela dinâmica da atmosfera terrestre e pelas características climáticas do planeta.

Densidade média do Fluxo Energético

A densidade média do fluxo energético proveniente da radiação solar é de 1367 W/m2, quando medida num plano perpendicular à direcção da propagação raios solares sito no topo da atmosfera terrestre.

Aquele valor médio, designado por constante solar , foi adoptado como padrão pela Organização Meteorológica Mundial, isto apesar de flutuar umas tantas partes por mil de dia para dia e de variar com a constante alteração da distância da Terra ao Sol que resulta da elipticidade da órbita terrestre.do Sol (cromosfera e coroa solar), as quais apresentam pontos quentes e frios em constante mutação, para além das erupções cromosféricas e todos os outros fenómenos se traduzem na formação das manchas solares e na complexa dinâmica dos ciclos solares .

A quantidade total de energia recebida pela Terra é determinada pela projecção da sua superfície sobre um plano perpendicular à propagação da radiação (π R2, onde R é o raio da Terra).Como o planeta roda em torno do seu eixo, esta energia é distribuída, embora de forma desigual, sobre toda a sua superfície (4 π R2).

Daí que a radiação solar média recebida sobre a terra, designada por insolação seja 342 W/m 2, valor correspondente a 1/4 da constante solar.

O valor real recebido à superfície do planeta depende, para além dos factores astronómicos ditados pela latitude e pela época do ano (em função da posição da Terra ao longo da eclíptica), do estado de transparência da atmosfera sobre o lugar, em particular da nebulosidade .
A radiação solar é geralmente medida com um piranómetro ou com um piréliometro , ou mais recentemente com recurso a radiómetros capazes de registar a composição espectral e a energia recebida

.Composição espectralEspectro da irradiância solar acima da atmosfera (azul) e à superfície terrestre (amarelo).

A radiação solar que atinge o topo da atmosfera terrestre provém da região da fotosfera solar, uma camada ténue de plasma com aproximadamente 300 km de espessura e com uma temperatura superficial da ordem de 5800 K.Dada a dependência entre a composição espectral e a temperatura, traduzida na chamada lei de Planck , a composição espectral da luz solar corresponde aproximadamente àquela que seria de esperar na radiação de um corpo negro aquecido a cerca de 6000°C, embora apresentando uma clara assimetria resultante da maior absorção da radiação de comprimento de onda mais curto pelas camadas exteriores do Sol .

Em termos de comprimentos de onda, a radiação solar ocupa a faixa espectral de 100 nm a 3000 nm (3 mm), tendo uma máxima densidade espectral em torno dos 550 nm, comprimento de onda que corresponde sensivelmente à luz verde-amarelada.

A parte mais alongada do espectro (para a direita na imagem ao lado), tem a sua máxima intensidade na banda dos infravermelhos próximos, decaindo lentamente com a diminuição da frequência.No que respeita à radiação mais energética, isto é de comprimento de onde mais curto, apesar da maior parte ser absorvida pela atmosfera, a radiação ultravioleta que atinge a superfície da Terra é ainda suficiente para provocar o bronzeado da pele (e as queimaduras solares a quem se exponha excessivamente).Interacção com a Terra

A energia solar incidente sobre a atmosfera e a superfície terrestre segue um de três destinos: ser reflectida, absorvida ou transmitida.

A energia reflectida e o albedo

Parte substancial da energia recebida sobre a superfície terrestre é reenviada para o espaço sob a forma de energia reflectida.

As nuvens, as massas de gelo e neve e a própria superfície terrestre são razoáveis reflectores, reenviando para o espaço entre 30 e 40% da radiação recebida (enquanto a Lua reflecte sob a forma de luar apenas 7 a 12% da radiação incidente).

A esta razão entre a radiação reflectida e incidente chama-se albedo.Absorção atmosférica

Conforme pode ser observado na imagem ao lado, entre a irradiância do Sol medida fora da atmosfera (linha azul) e a energia que atinge a superfície da Terra (linha amarela) existem diferenças substanciais resultantes da absorção atmosférica.

Esta é selectiva, atingindo o seu máximo em torno dos pontos centrais dos espectros de absorção dos gases atmosféricos (indicados na imagem).

Repare-se a elevada absorção do ozónio (O3) atmosférica na banda dos ultravioletas e no efeito do vapor de água (H2O) e do dióxido de carbono (CO2), estes actuando essencialmente sobre os comprimentos de onda maiores.

Esta absorção selectiva está na origem do efeito de estufa , devido ao facto da radiação terrestre, resultante do retorno para o espaço da radiação solar por via do aquecimento da Terra, ser feita essencialmente na banda dos infravermelhos longos, radiação para a qual o CO2 tem grande capacidade de absorção.

A parcela absorvida dá origem, conforme o meio, aos processos de fotoconversão e termoconversão .

Na fotoconversão, a energia absorvida é remetida, embora em geral com frequência diferente, sendo os novos fotões em geral sujeitos a novas absorções, num efeito em cascata que em geral termina numa termoconversão, a qual consiste na captura da energia e a sua conversão em calor , passando o material aquecido a emitir radiação com um espectro correspondente à sua temperatura , o que, no caso da Terra, corresponde à radiação infravermelha que forma o grosso da radiação terrestre .

TransmissãoDe toda a radiação solar que chega às camadas superiores da atmosfera, apenas uma fracção atinge a superfície terrestre, devido à reflexão e absorção dos raios solares pela atmosfera.

Esta fracção que atinge o solo é constituída por uma componente directa (ou de feixe) e por uma componente difusa.

Para além das duas componentes atrás referidas, se a superfície receptora estiver inclinada com relação à horizontal, haverá uma terceira componente reflectida pelo ambiente circundante (nuvens, solo, vegetação, obstáculos, terreno).

Antes de atingir o solo, as características da radiação solar (intensidade, distribuição espectral e angular) são afectadas por interacções com a atmosfera devido aos efeitos de absorção e espalhamento.

Essas modificações são dependentes da espessura da camada atmosférica atravessada (a qual depende do ângulo de incidência do Sol, sendo maior ao nascer e pôr-do-sol, daí a diferente coloração do céu nesses momentos).

Este efeito é em geral medido por um coeficiente designado por Coeficiente de Massa de Ar (AM), o qual é complementado por um factor que reflete as condições atmosféricas e meteorológicas existente no momento.
O equilíbrio energético no planeta
Em média, da radiação solar incidente (sobre o sistema Terra/atmosfera):

* 19 % é perdida por absorção pelas moléculas de oxigénio e ozónio da radiação ultravioleta (de alta energia) na estratosfera (onde a temperatura cresce com a altitude);

* 6% é perdida por difusão da luz solar de menor comprimento de onda - azuis e violetas - (o que faz com que o céu seja azul);

* 24% é perdida por reflexão - 20% nas nuvens e 4% na superfície. (O albedo do planeta é de 30% (6% difusão+24% reflexão).

* 51% é absorvida pela superfície. (Note que os valores apresentados são valores médios.

Por exemplo, nos pólos a reflexão da radiação solar incidente é geralmente maior do que 24% e nos oceanos menor do que 24%.)

A energia radiada pela superfície da Terra, na gama dos infravermelhos, corresponde a cerca de 117% do total de radiação solar incidente (sobre o sistema Terra/atmosfera).

Dessa energia, apenas 6% é emitida directamente para o espaço (emissão terrestre) e 111% é absorvida pelos gases de estufa da atmosfera, que reemite depois, de volta para a superfície, uma energia correspondendo a 96% da radiação solar incidente.

Finalmente, uma energia correspondendo a 64% da radiação solar incidente é emitida pela atmosfera para o espaço (emissão atmosférica).

Note que estes números traduzem um equilíbrio no sistema Terra/atmosfera: a radiação emitida para o espaço é igual à radiação solar incidente [24% (reflexão) + 6% (difusão) + 64% (emissão atmosférica) + 6% (emissão terrestre) = 100%].

No entanto, em média, a superfície absorve mais radiação da que emite e a atmosfera radia mais energia do que a que absorve.

Em ambos os casos, o excedente de energia é de cerca de 30% da energia da radiação solar incidente no sistema Terra/atmosfera:superfície

- energia absorvida: 147% (51% do Sol + 96% da atmosfera);

energia emitida: 117%atmosfera

- energia absorvida: 130% (19% ultravioletas. + 111% emissão terrestre); emitida: 160% (64% para o espaço + 96% para a superfície)

A partir desta constatação pareceria que a superfície deveria ir aquecendo e a atmosfera arrefecendo.

Isso não acontece porque existem outros meios de transferência de energia da superfície para a atmosfera que representam, no seu conjunto, uma transferência líquida de 30% do total de radiação solar incidente que equilibra o orçamento de energia no planeta.

O ar quente que se eleva na atmosfera a partir da superfície transfere calor para a atmosfera. Essa transferência de calor (o fluxo de calor sensível) corresponde a um valor de energia que é 7% do total de radiação solar incidente.

A evaporação da água na superfície do planeta corresponde a uma extracção de calor que acaba por ser libertado durante o processo de condensação na atmosfera (que dá origem à formação das nuvens).

Essa transferência de calor (o fluxo de calor latente) corresponde a um valor de energia que é 23% do total de radiação solar incidente.