รังสีดวงอาทิตย์เป็นตัวแปรสำคัญทางอุตุนิยมวิทยาที่ทำหน้าที่กำหนดปริมาณ "ความร้อน" ที่เราจะได้รับจากดวงอาทิตย์บนพื้นผิวโลก ปริมาณรังสีดวงอาทิตย์นี้ถูกเปลี่ยนแปลงโดยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและการกักเก็บก๊าซเรือนกระจก
การแผ่รังสีแสงอาทิตย์สามารถทำให้พื้นผิวและวัตถุร้อนขึ้นได้ (รวมทั้งของเราด้วย) โดยไม่ทำให้บรรยากาศร้อนจนเกินไป นอกจากนี้ตัวแปรนี้ยังมีความสำคัญมากในการประเมินงานที่เรากำลังทำในการต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ คุณต้องการทราบทุกอย่างเกี่ยวกับรังสีดวงอาทิตย์หรือไม่
รังสีดวงอาทิตย์ผ่านชั้นบรรยากาศ
เมื่อเราอยู่ที่ชายหาดในวันหนึ่งในฤดูร้อนนี้เราจะนอน "อาบแดด" ในขณะที่เราอยู่ในผ้าเช็ดตัวนานขึ้นเราจะสังเกตได้ว่าร่างกายของเราอุ่นขึ้นและเพิ่มอุณหภูมิได้อย่างไรจนต้องอาบน้ำหรืออยู่ในร่มเพราะเราถูกไฟลวก เกิดอะไรขึ้นที่นี่ถ้าอากาศไม่ร้อน? สิ่งที่เกิดขึ้นก็คือ รังสีดวงอาทิตย์ได้ผ่านชั้นบรรยากาศของเราและทำให้ร่างกายของเราอุ่นขึ้นโดยมีอากาศร้อนเพียงเล็กน้อย
สิ่งที่คล้ายกับสิ่งที่เกิดขึ้นกับเราในสถานการณ์นี้คือสิ่งที่เกิดขึ้นกับโลก: บรรยากาศเกือบจะ "โปร่งใส" กับรังสีดวงอาทิตย์ แต่พื้นผิวโลกและร่างกายอื่น ๆ ที่อยู่บนนั้นดูดซับมัน พลังงานที่ดวงอาทิตย์ถ่ายโอนมายังโลกคือสิ่งที่เรียกว่าพลังงานที่เปล่งประกายหรือการแผ่รังสี การแผ่รังสีเดินทางผ่านอวกาศในรูปแบบของคลื่นที่มีพลังงาน ขึ้นอยู่กับปริมาณพลังงานที่พวกมันบรรทุกพวกมันถูกจัดประเภทตามสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า เรามีตั้งแต่คลื่นที่มีพลังมากที่สุดเช่นรังสีแกมมารังสีเอกซ์และอัลตราไวโอเลตรวมถึงคลื่นที่มีพลังงานน้อยเช่นอินฟราเรดไมโครเวฟและคลื่นวิทยุ
ร่างกายทั้งหมดปล่อยรังสีออกมา
ร่างกายทั้งหมดปล่อยรังสีตามอุณหภูมิของมัน สิ่งนี้มอบให้โดย กฎหมายของ Stefan-Boltzmann ซึ่งระบุว่าพลังงานที่ร่างกายปล่อยออกมานั้นแปรผันตรงกับกำลังที่สี่ของอุณหภูมิ นี่คือสาเหตุที่ทั้งดวงอาทิตย์เศษไม้ที่ลุกเป็นไฟร่างกายของเราเองและแม้แต่เศษน้ำแข็งจึงแผ่พลังงานออกมาอย่างต่อเนื่อง
สิ่งนี้ทำให้เราถามตัวเองว่าทำไมเราจึงสามารถ "เห็น" รังสีที่ปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์หรือเศษไม้ที่ถูกเผาไหม้และเราไม่สามารถมองเห็นรังสีที่เราปล่อยออกมาพื้นผิวโลกหรือ ชิ้นน้ำแข็ง? เช่นกัน สิ่งนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่แต่ละคนถึงดังนั้นปริมาณพลังงานที่พวกมันส่วนใหญ่ปล่อยออกมา ยิ่งอุณหภูมิของร่างกายสูงขึ้นปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาในคลื่นก็จะยิ่งมากขึ้นและนั่นคือเหตุผลที่พวกเขาจะมองเห็นได้ชัดเจนขึ้น
ดวงอาทิตย์อยู่ที่อุณหภูมิ 6.000 K และปล่อยรังสีส่วนใหญ่ในช่วงคลื่นที่มองเห็นได้ (โดยทั่วไปเรียกว่าคลื่นแสง) นอกจากนี้ยังปล่อยรังสีอัลตราไวโอเลต (ซึ่งมีพลังงานมากกว่าและนั่นคือสาเหตุที่ทำให้ผิวของเราไหม้เมื่อได้รับแสงเป็นเวลานาน) และ ส่วนที่เหลือที่ปล่อยออกมาคือรังสีอินฟราเรดที่ตามนุษย์ไม่รับรู้ นั่นคือเหตุผลที่เราไม่สามารถรับรู้รังสีที่ร่างกายของเราปล่อยออกมา ร่างกายมนุษย์อยู่ที่ประมาณ 37 องศาเซลเซียสและรังสีที่ปล่อยออกมาจะอยู่ในอินฟราเรด
รังสีดวงอาทิตย์ทำงานอย่างไร
แน่นอนว่าการรู้ว่าร่างกายมีการแผ่รังสีและพลังงานออกมาอย่างต่อเนื่องจะทำให้คุณเกิดคำถามอีกครั้ง ทำไมถ้าร่างกายปล่อยพลังงานและรังสีออกมาพวกมันไม่ค่อยๆเย็นลง? คำตอบสำหรับคำถามนี้ง่ายมาก: ในขณะที่พวกมันกำลังเปล่งพลังงานพวกมันก็ดูดซับมันเช่นกัน มีกฎอีกข้อหนึ่งซึ่งก็คือความสมดุลของการแผ่รังสีซึ่งกล่าวว่าวัตถุปล่อยพลังงานออกมาในปริมาณเท่ากันเมื่อดูดซับนั่นคือเหตุผลที่พวกเขาสามารถรักษาอุณหภูมิให้คงที่ได้
ดังนั้นในระบบบรรยากาศโลกของเราจึงมีกระบวนการต่างๆเกิดขึ้นซึ่งพลังงานจะถูกดูดซับปล่อยออกมาและสะท้อนออกมา ความสมดุลขั้นสุดท้ายระหว่างการแผ่รังสีที่มาถึงด้านบนสุดของชั้นบรรยากาศจากดวงอาทิตย์และที่ออกไปสู่อวกาศเป็นศูนย์ กล่าวอีกนัยหนึ่งอุณหภูมิเฉลี่ยทั้งปียังคงที่ เมื่อรังสีดวงอาทิตย์เข้าสู่โลกส่วนใหญ่จะถูกดูดซับโดยพื้นผิวโลก รังสีที่ตกกระทบถูกเมฆและอากาศดูดซับน้อยมาก ส่วนที่เหลือของรังสีจะสะท้อนจากพื้นผิวก๊าซเมฆและส่งกลับไปยังอวกาศ
ปริมาณรังสีที่สะท้อนจากร่างกายที่สัมพันธ์กับรังสีที่ตกกระทบเรียกว่า 'อัลเบโด' ดังนั้นเราสามารถพูดได้ว่า ระบบบรรยากาศโลกมีอัลเบโดเฉลี่ย 30% หิมะที่เพิ่งตกลงมาใหม่หรือคิวมูโลนิมบัสที่พัฒนาในแนวตั้งสูงบางแห่งมีอัลเบโดใกล้ถึง 90% ในขณะที่ทะเลทรายมีประมาณ 25% และมหาสมุทรประมาณ 10% (ดูดซับรังสีเกือบทั้งหมดที่มาถึง)
เราจะวัดรังสีได้อย่างไร?
ในการวัดรังสีดวงอาทิตย์ที่เราได้รับ ณ จุดหนึ่งเราใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่าไพราโนมิเตอร์ ส่วนนี้ประกอบด้วยเซ็นเซอร์ที่อยู่ในซีกโลกโปร่งใสซึ่งส่งรังสีทั้งหมดที่มีความยาวคลื่นน้อยมาก เซ็นเซอร์นี้มีการสลับส่วนสีดำและสีขาวที่ดูดซับปริมาณรังสีในลักษณะที่แตกต่างกัน ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างส่วนเหล่านี้ได้รับการปรับเทียบตามฟลักซ์การแผ่รังสี (วัดเป็นวัตต์ต่อตารางเมตร)
นอกจากนี้ยังสามารถหาปริมาณรังสีดวงอาทิตย์โดยประมาณที่เราได้รับโดยการวัดจำนวนชั่วโมงของแสงแดดที่เรามี ในการทำเช่นนี้เราใช้เครื่องมือที่เรียกว่าเฮลิโอกราฟ สิ่งนี้เกิดขึ้นจากทรงกลมแก้วที่มุ่งไปทางทิศใต้ทางภูมิศาสตร์ซึ่งทำหน้าที่เป็นแว่นขยายขนาดใหญ่โดยมุ่งเน้นไปที่รังสีทั้งหมดที่ได้รับในจุดหลอดไส้ที่เผาเทปกระดาษพิเศษที่จบการศึกษาตามชั่วโมงของวัน
รังสีดวงอาทิตย์และปรากฏการณ์เรือนกระจกที่เพิ่มขึ้น
ก่อนหน้านี้เราได้กล่าวถึงปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่เข้าสู่โลกและที่ออกจากใบเท่ากัน นี่ไม่เป็นความจริงทั้งหมดเพราะถ้าเป็นเช่นนั้นอุณหภูมิเฉลี่ยทั่วโลกของโลกของเราจะอยู่ที่ -88 องศา เราต้องการบางสิ่งบางอย่างเพื่อช่วยให้เรากักเก็บความร้อนไว้เพื่อให้มีอุณหภูมิที่น่าพอใจและน่าอยู่เช่นนี้ซึ่งทำให้ชีวิตอยู่ได้บนโลกใบนี้ นั่นคือจุดที่เรานำเสนอปรากฏการณ์เรือนกระจก เมื่อรังสีดวงอาทิตย์ตกกระทบพื้นผิวโลกมันจะส่งกลับเกือบครึ่งหนึ่งกลับสู่ชั้นบรรยากาศเพื่อขับไล่มันออกไปนอกโลก เราได้แสดงความคิดเห็นว่าเมฆอากาศและส่วนประกอบในชั้นบรรยากาศอื่น ๆ ดูดซับรังสีดวงอาทิตย์ได้เพียงเล็กน้อย อย่างไรก็ตามปริมาณที่ดูดซึมนี้ไม่เพียงพอที่จะสามารถรักษาอุณหภูมิให้คงที่และทำให้โลกของเราน่าอยู่ได้ เราจะอยู่กับอุณหภูมิเหล่านี้ได้อย่างไร?
ก๊าซเรือนกระจกที่เรียกว่าก๊าซเรือนกระจกคือก๊าซที่กักเก็บส่วนหนึ่งของอุณหภูมิที่ปล่อยออกมาจากพื้นผิวโลกซึ่งกลับคืนสู่ชั้นบรรยากาศ ก๊าซเรือนกระจกคือ: ไอน้ำคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ไนโตรเจนออกไซด์ซัลเฟอร์ออกไซด์มีเทน ฯลฯ ก๊าซเรือนกระจกแต่ละชนิดมีความสามารถในการดูดซับรังสีดวงอาทิตย์แตกต่างกัน ยิ่งมีความสามารถในการดูดซับรังสีมากเท่าใดก็จะยิ่งกักเก็บความร้อนไว้ได้มากขึ้นและไม่ยอมให้กลับสู่อวกาศ
ตลอดประวัติศาสตร์ของมนุษย์ความเข้มข้นของก๊าซเรือนกระจก (รวมถึง CO2 ส่วนใหญ่) ได้เพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ การเพิ่มขึ้นของการเพิ่มขึ้นนี้เกิดจาก การปฏิวัติอุตสาหกรรมและการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลในอุตสาหกรรมพลังงานและการขนส่ง. การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลเช่นน้ำมันและถ่านหินทำให้เกิดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซมีเทน ก๊าซเหล่านี้ในการปล่อยที่เพิ่มขึ้นทำให้พวกมันกักเก็บรังสีดวงอาทิตย์ไว้เป็นจำนวนมากและไม่อนุญาตให้กลับสู่อวกาศ
สิ่งนี้เรียกว่าปรากฏการณ์เรือนกระจก อย่างไรก็ตามการเพิ่มผลกระทบนี้เราเรียกว่าเรือนกระจก มันต่อต้านเนื่องจากสิ่งที่เรากำลังทำอยู่นั้นทำให้อุณหภูมิเฉลี่ยทั่วโลกสูงขึ้นเรื่อย ๆ ยิ่งมีความเข้มข้นมากขึ้นในบรรยากาศของก๊าซเหล่านี้ที่ดูดซับรังสีก็จะยิ่งกักเก็บความร้อนได้มากขึ้นและอุณหภูมิก็จะยิ่งสูงขึ้น
รังสีดวงอาทิตย์และการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ
ภาวะโลกร้อนเป็นที่รู้จักกันทั่วโลก อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นนี้เนื่องจากการกักเก็บรังสีดวงอาทิตย์ไว้มากทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสภาพอากาศโลก ไม่เพียง แต่หมายความว่าอุณหภูมิเฉลี่ยของโลกจะเพิ่มขึ้น แต่สภาพอากาศและทุกสิ่งที่เกิดขึ้นจะเปลี่ยนแปลงไปด้วย
การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิทำให้เกิดความไม่เสถียรในกระแสอากาศมวลในมหาสมุทรการกระจายพันธุ์การสืบทอดของฤดูกาลการเพิ่มขึ้นของปรากฏการณ์ทางอุตุนิยมวิทยาที่รุนแรง (เช่นภัยแล้งน้ำท่วมเฮอริเคน ... ) เป็นต้น. นั่นคือเหตุผลที่เพื่อให้สมดุลการแผ่รังสีกลับคืนมาอย่างมีเสถียรภาพเราต้องลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและทำให้สภาพอากาศของเรากลับคืนมา
