Päikesekiirgus

Allikas: Vikipeedia
Päikesekiirguse spekter Maa atmosfääri ülapiiril lainearvude skaalas.

Päikesekiirgus on Päikeselt lähtuv elektromagnetlainete ja aineosakeste voog ehk Päikese poolt kiiratud energia. [1] Päikesekiirguse voog mõjutab tugevasti elu Maal, sellest sõltub atmosfääri soojenemine ja jahtumine, atmosfääri püsivus, vee aurumine ja kondensatsioon, soojusenergia olemasolu ja Maa kliimade omadused. Päikesekiirguse voog sõltub laiuskraadist, aastaajast ja kellaajast.[2] Suurem osa kiirgusest hajub maailmaruumis laiali. Maani jõuab aastas vaid pool miljardikku kogu kiirgusest ehk 5,4 x 1012 teradžauli.[3]

Spektraalvahemik[muuda | muuda lähteteksti]

Päikese kiirgusvoo tiheduse muutumine atmosfääri läbimisel

Päike katab kogu elektromagnetilise kiirguse spektri. Siiski ei kiirga ta võrdselt energiat kõigil lainepikkustel. Päikese kiirgusspektri saab lugeda võrdseks absoluutselt musta keha, mille temperatuur on 5800 K, kiirgusega.[1]

Suurim osa kiirgusenergiast jääb nähtava valguse piirkonda (0,39–0,76 mikromeetrit). Maa kliimat mõjutab samuti just see vahemik.

Päikesekiirguse mõõtmisel oluline spektraalvahemik jaotatakse üldjuhul viieks:

  • ultraviolettkiirgus (λ < 400 nm);
  • nähtav valgus (390 > λ >760 nm);
  • lähisinfrapuna (760 nm < λ < 1,4 µm);
  • infrapunane (1,4 < λ < 3 µm);
  • kauginfrapuna (λ > 3 µm).

Läbides atmosfääri kiirgus nõrgeneb ja spektraalne koostis muutub, kuna õhu molekulid, erinevad aerosoolid, pilved ja teised gaasilised ained neelavad/hajutavad kiirgust. [3] [4]

Jaotus[muuda | muuda lähteteksti]

Päikesekiirgus jaotatakse üldiselt neljaks: otsekiirguseks, hajuskiirguseks, summaarseks kiirguseks ja peegeldunud kiirguseks.

Otsekiirgus[muuda | muuda lähteteksti]

Kiirgus jõuab Päikeselt Maani peaaegu paralleelsete kiirte kimbuna. Mõõdetakse kiirtega risti asetseval pinnal.

Päikesekiirguse voog sõltub paljudest faktoritest:

  • solaarkonstandist;
  • Maa ja Päikese vahelisest kaugusest;
  • pilvede olemasolu, aerosoolide kontsentratsioon atmosfääris jne;
  • Päikese kõrgusest.

Paljude tegurite tõttu ei ole otsekiirguse vood ajas ühtlased. Selgelt tulevad välja ööpäevane ja aastane käik. Väiksematel laiuskraadidel sisaldab atmosfäär rohkem veeauru ja lisandeid kui suurematel laiustel, seega on otsekiirguse maksimaalne voog suurematel laiuskraadidel suurem.

Eestis jäävad otsekiirguse kuusummad vahemikku 50 kuni 600 MJ/m2.[1][3]

Hajuskiirgus[muuda | muuda lähteteksti]

Kiirgus jõuab maapinnani peale korduvat hajumist atmosfääris (pilvedel, õhumolekulidel, aerosoolidel). Hajuskiirguse voog sõltub samadest faktoritest, mis otsekiirguse voogki. Kuid kui otsekiirguse puhul pilvisus vähendab kiirgusvoo hulka, siis hajunud kiirguse puhul on olukord vastupidine – mida rohkem pilvi, seda suurem hajumine. Hajuskiirgus on lühema lainepikkusega kui otsekiirgus. Hajuskiirguse puhul on oluline osa ka lumikattel. Viimase olemasolul suureneb otsekiirguse tagasipeegeldumine, mis omakorda suurendab ka hajuskiirguse hulka.

Hajuskiirguse kuusummad Eestis on vahemikus 20 kuni 300 MJ/m2.[1]

Summaarne kiirgus[muuda | muuda lähteteksti]

Summaarne kiirgus on otse- ja hajuskiirguse summa.

Sõltub see samadest teguritest kui ta komponendid. Osad sõltuvused ilmnevad aga summaarse kiirguse puhul nõrgemini. Kuna näiteks pilvisuse mõju on otse- ja hajuskiirguse puhul vastupidine, siis summaarses kiirguses nad kompenseeruvad. Summaarse kiirguse spektraalne koostis sõltub otse- ja hajusakiirguse spektraalsest koostisest ja ka nende suhtest.[3]

Eestis on summaarse kiirguse keskmised kuusummad vahemikus 20 kuni 630 MJ/m2.[1]

Peegeldunud kiirgus[muuda | muuda lähteteksti]

Osa maapinnale langenud kiirgusest peegeldub tagasi atmosfääri. Päikesekiirguse puhul ei võrdu peegeldumisnurk langemisnurgaga, sest maapind pole tasane. Peegeldumist iseloomustatakse albeedoga.[3]

Solaarkonstant[muuda | muuda lähteteksti]

Päikese kiirgusvoo võimsus atmosfääri ülapiiril: päeva keskmine (kollane), aasta keskmine (punane), päikeseplekkide (sinine), päikesesähvatuste (roheline) ja raadiokiirguse (violetne) dünaamika

Solaarkonstant on defineeritud kui Päikese kiirgusvoo võimsus, mis jõuab atmosfääri ülapiirile kiirtega ristiolevale ühikpinnale Maa ja Päikese keskmisel kaugusel.[3] Mõõtühikuks on W/m2.

Solaarkonstant pole siiski pidevalt konstantne, sest päikesekiirguse intensiivsuses esinevad pika- ja lühemaajalised tõusud/mõõnad. Täpset väärtust pole siiani leitud. Tõenäoliselt on see vahemikus 1,365–1,367 kW/m2. Jooniselt on selgelt näha 11-aastane tsükkel. See langeb kokku Päikese 11,1 aastase tsükliga, mille jooksul tekivad Päikesel külmemad alad ehk päikeseplekid. [1][2][5]

Mõõtmine[muuda | muuda lähteteksti]

Kui suur hulk kiirgust pinnani jõuab, sõltub erinevatest kiirgusvoogudest. Saabuvad kiirgusvood loetakse positiivseteks, lahkuvad negatiivseteks. Aktinomeetrias käsitletakse enamasti kiirgustingimusi horisontaalsel pinnal. Sõltuvalt kiirguse lainepikkusest jaotatakse see lühi- ja pikalaineliseks kiirguseks. Kui kiirguse lainepikkus jääb vahemikku 0,2–4,0 µm, loetakse see lühilaineliseks. Pikalaineliseks piirkonnaks on 4–100 µm. Päikesekiirgus on 99% ulatuses lühilaineline. Kiirgust mõõdetakse aktinomeetriga. [3]

Ajalugu[muuda | muuda lähteteksti]

Päikesekiirguse olemusest hakati huvi tundma 17. sajandil, kui Galileo uuris Päikese plekke ja Newton avastas valguse spektraalse iseloomu. Esimese aktinomeetri valmistas aga 19. sajandil inglise astronoom John Herschel. See kujutas endast suurt ja tundlikku termomeetrit, millega sai määrata kindlal ajaperioodil termomeetri poolt neelatud soojushulga. [3]

Mõõtmine Eestis[muuda | muuda lähteteksti]

Eestis on päikesekiirgust mõõdetud juba ligi 80 aastat. Esialgu olid mõõtmised küll episoodilised ja puudulikud. Korrapäraste ja pidevate mõõtmiste algus jääb 20. sajandi keskpaika, mil kiirgust hakati mõõtma Tartu aktinomeetriajaamas (alates 01.10.1965 Tõraveres) ja pisut hiljem ka Tiirikoja järvejaamas. 1953–1964 toimusid mõõtmised ka Kuusiku meteoroloogiajaamas ja Tooma soojaamas.[6] Piisavalt usaldusväärse pikkusega mõõtmiste aegread on seega Tõravere ja Tiirikoja kohta. Need on ka ühed pikematest vaatlusridadest Põhja-Euroopas. Ülejäänud paikade kiirgusrežiimi leidmiseks tuleb kasutada empiirilisi valemeid. Hoolimata sellest, et Eesti on pindalalt väike, erinevad kiirgustingimused eri kohtades suuresti. Näiteks Tõravere jaam asub sisemaal, kus on kontinentaalne kliima. Tiirikoja jaam asub aga Peipsi järve lähedal, mis sealset kiirgusrežiimi tugevalt mõjutab. [1]

Hetkel mõõdetakse Eestis päikesekiirgust üheksas jaamas: Tartu-Tõravere, Tiirikoja, Tallinn-Harku, Pärnu, Vilsandi, Pakri, Narva-Jõesuu, Roomassaare ja Haapsalu. 14 jaama mõõdavad ka veel päikesepaiste kestust.[7] Tõravere aktinomeetriajaam kuulub ülemaailmsesse päikesekiirguse mõõtmise baasjaamade võrku BSRN (Baseline Surface Radiation Network, http://www.gewex.org/bsrn.html).

Mõju inimestele[muuda | muuda lähteteksti]

Päikeselt saabuvatest kiirgusvahemikest mõjutab inimest enim ultraviolettkiirguse piirkond. UV-kiirgus on vajalik D-vitamiini tekkimiseks. D-vitamiinil on oluline roll organismi kaltsiumiringes.[8] Samas liiga suurtes doosides kahjustab see inimeste tervist. UV-kiirguse jõudmist maapinnale takistab osoonikiht, ilma milleta oleks elu Maal võimatu.[9]

UV-kiirguse ohtlik mõju väljendub enim nahapõletuste tekkega. Mõju hindamiseks kasutatakse UV-indeksit. Indeksi väärtus sõltub kiirguse lainepikkusest, Päikese kõrgusest ja pilvisusest. Öösel on indeksi väärtus 0. Kui indeks on 6 või rohkem, tekib heleda nahaga inimestel (sh ka eestlastel) põletus 25 minutiga. Eestis on kõrgeim UV-indeksi väärtus olnud 8,6, mis mõõdeti Tõraveres 6. juulil 2008.[9] [10]

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 Eensaar, A. "Päikesekiirgus atmosfääris". Tallinna Tehnikakõrgkool. 2012. (vaadatud: 09.11.2015)
  2. 2,0 2,1 Post, P. "Kiirguslikud protsessid atmosfääris". Materjalid Üldmeteoroloogia kursuse jaoks.
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 Russak, V., Kallis, A. "Eesti kiirguskliima teatmik". Tallinn. 2013.
  4. Russell, R. "The Multispectral Sun". 2007. (vaadatud: 09.11.2015)
  5. National Oceanic and Atmospheric Administration. "Total Solar Irradiance". (vaadatud: 09.11.2015)
  6. Mõõtmised maapinnal. Riigi ilmateenistus. (vaadatud: 09.11.2015)
  7. Kallis, A. "Miks me mõõdame päikesekiirgust?" Horisont 3/2008. Tallinn.
  8. Kull,M. "D-vitamiinist". Tartu Ülikooli kliinikum. 2014. Tartu.
  9. 9,0 9,1 "Päike ja UV-kiirgus". Riigi Ilmateenistus. (vaadatud: 09.11.2015)
  10. Kallis, A. "2008. aasta ilma meenutades". 2008. (lk 7)

Vaata ka[muuda | muuda lähteteksti]