ما هو الإشعاع الشمسي

ما هو الإشعاع الشمسي؟ ما هو التعريف؟ كيف يمكننا قياس شدتها في أجزاء مختلفة من هبوطها؟ ما هي الأجهزة المختلفة المستخدمة لحساب قياسات الإشعاع؟ وبما أن هذه الأسئلة كثرت في الآونة الأخيرة، سنحاول الإجابة عليها معكم هنا عبر موقع ايوا مصر.

تعريف الإشعاع الشمسي

وإذا سألنا أنفسنا ما هو الإشعاع الشمسي، نجد أن أحد أفضل التعريفات التي يمكن أن نستخدمها لوصفه هو كمية الإشعاع الشمسي الساقط من الشمس على مساحة معينة من سطح الأرض. لديها القدرة على إنتاج الطاقة الكهربائية.

ولا يصل إلى سطح الأرض سوى جزء صغير من أشعة الشمس، ويمكن تقديره بحوالي 130 ميجاوات لكل متر مربع من سطح الشمس. وعلى الرغم من كميته الصغيرة، فإنه يزود الأرض بكل ما تحتاجه من حرارة.

حدوث الإشعاع الشمسي

الطريقة التي تعمل بها الشمس تشبه المفاعلات النووية الاندماجية. وينتج الهيليوم عن طريق الجمع بين جزيئات غاز الهيدروجين. وتحدث هذه التفاعلات داخل الشمس عند درجات حرارة تبلغ ملايين الدرجات المئوية. ويتحول فرق الكتلة الناتج إلى طاقة تنتقل من الشمس على شكل إشعاع شمسي من هذا التحول الكيميائي.

ويشير مصطلح الثابت الشمسي إلى “معدل سقوط الطاقة الشمسية على وحدة المساحة المتعامدة مع الأشعة الموجودة خارج الغلاف الجوي على مسافة متوسطة بين الشمس والأرض” وتغير المسافة تبعا لحركة الدوران حول الأرض. وتؤثر الشمس على قيمة الإشعاع الشمسي خارج الغلاف الجوي طوال العام.

تأثير الغلاف الجوي على الإشعاع الشمسي

وتتناقص قيمة الإشعاع الشمسي بشكل كبير عند مروره عبر طبقات الغلاف الجوي المختلفة في طبقة الأيونوسفير.

تنخفض قيمة الإشعاع الشمسي الواصل إلى الأرض بشكل كبير نتيجة امتصاصه من قبل طبقات الجو المختلفة قبل وصوله إلى سطح الأرض. يصبح الكوكب مستحيلاً وتختفي الحياة عليه.

كيف يتم قياس الإشعاع الشمسي؟

ويتبادر إلى أذهاننا السؤال: كيف يمكننا معرفة كمية الإشعاع الشمسي وكيف يمكننا قياسه؟ الفائدة الأساسية لقياس شدة الإشعاع الشمسي هي معرفة وتحديد القيم والقيم اللحظية. تأثير مختلف أنواع الإشعاع الشمسي على مدى فترات زمنية طويلة، سواء كان الإشعاع الشمسي المباشر، أو الإشعاع المنتشر، أو الإشعاع الساقط على السطح.

الأجهزة المختلفة التي نستخدمها لقياس شدة الإشعاع الشمسي تعتمد إما على التأثير الكهروضوئي أو التأثير الكهروحراري، ويمكن للدوائر الإلكترونية المستخدمة في هذه الأجهزة إجراء عملية التكامل عن طريق تسجيل البيانات في الوقت الحقيقي. يزودنا بالبيانات بشكل دوري على مدار الساعة أو يوميًا.

وأشهر الأنواع وأكثرها استخداماً في هذا المجال نوعان من الأجهزة، والتي سنتناولها فيما يلي:

النوع الأول – البيرانومتر

“Pyranometer” باللغة الإنجليزية، جهاز يستخدم لقياس الإشعاع الكلي للشمس، يتكون من زجاج بصري شفاف يتكون من نصفين كرويين متصلين في مركزيهما. النصف الداخلي يحجب الأشعة تحت الحمراء القادمة إليه من النصف الخارجي. ويوجد في منتصف الجهاز العديد من المزدوجات الحرارية التي تشكل عمود الحرارة.

يتم طلاء التوصيل الساخن للمزدوجات الحرارية باللون الأسود ويقع على السطح العلوي المعرض للشمس، بينما يتم توجيه التوصيل البارد نحو داخل الجهاز لمنع تأثر الجهاز بمصدر آخر. يحتوي الجهاز على قرص حماية أبيض ولامع يحمي من الحرارة غير الإشعاع الشمسي، وذلك لتجنب تأثير الاقتران الحراري.

النوع الثاني – مقياس المحيط

يتكون “مقياس البيرلوميتر” باللغة الإنجليزية من عمود درجة الحرارة الذي يعمل كمستشعر قياس، يوضع داخل أنبوب بنسبة طول/قطر من 1 إلى 10، يستخدم لقياس شدة الإشعاع المباشر من الشمس. وهذا يعطي زاوية رؤية 5.7 درجة، والأنبوب أسود اللون ومثبت على قاعدة متحركة لتسهيل توجيهه مباشرة نحو قرص الشمس.

توزيع الإشعاع الشمسي على أنحاء مختلفة من العالم

نريد أن نعرف ما هو الإشعاع الشمسي في أجزاء مختلفة من العالم وما إذا كانت الأماكن الأكثر سخونة يتم تحديدها بالفعل من خلال شدة الإشعاع الشمسي الساقط عليها. دعونا نتفحص معًا كمية الإشعاع الشمسي الذي يحدث في كل منطقة من مناطق العالم. وقليل من التفصيل عنها في السطور التالية:

الطاقة الشمسية في الدول العربية

معظمنا نحن العرب نريد أن نعرف ما هو الإشعاع الشمسي في بلادنا العربية، لأن هذه الدول تتميز بكونها من الأماكن ذات السطوع الشديد على سطح الأرض نهاراً لزيادة كمية الإشعاع الشمسي. وتتعرض هذه الدول للخطر مما يؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة وزيادة التصحر، وهو ما يمكن استغلاله أيضًا لزيادة الاعتماد على الطاقة الشمسية بدلًا من الطرق التقليدية لإنتاج الطاقة.

توزيع الإشعاع في أفريقيا

تعتبر القارة الأفريقية إحدى قارات العالم من حيث درجة الإشعاع الشمسي، وهو ما يفسر الارتفاع الكبير في درجات الحرارة خلال معظم فترات العام. على الرغم من انخفاض الإشعاع الشمسي في وسط وجنوب القارة. ولا تزال واحدة من الأماكن ذات أعلى مستويات الإشعاع على الأرض.

توزيع الإشعاع في آسيا

تختلف شدة سطوع الشمس عبر القارة الآسيوية. وتزداد شدة الإشعاع الشمسي في الجهة الغربية، خاصة في الدول العربية في آسيا ودول أخرى في الغرب مثل إيران وأجزاء واسعة من باكستان، وحتى في مناطق واسعة. الصين ومقاطعة منغوليا أما في باقي أنحاء البلاد فتقل شدة السطوع خاصة باتجاه الشرق والشمال.

توزيع الإشعاع في أوروبا

وتنخفض درجة الإشعاع الشمسي بشكل كبير جداً في معظم أنحاء القارة الأوروبية القديمة، باستثناء بعض الدول الجنوبية مثل قبرص وتركيا وأجزاء من شبه الجزيرة الإيبيرية التي تضم إسبانيا والبرتغال وجبل طارق. ويعتبر السطوع هو أدنى قيمة في العالم، وتتناقص درجة السطوع كلما اتجهت شمالاً نحو القطب الشمالي.

في قارة أمريكا الجنوبية

تشبه قارة أمريكا الجنوبية قارة أفريقيا؛ ويزيد من درجة سطوع الشمس في جميع المناطق تقريبا، باستثناء جزء صغير في جنوب تشيلي الذي لا يتلقى نفس درجة الإشعاع الشمسي مثل بقية المناطق. ونظرًا لقرب القارة من القارة القطبية الجنوبية المتجمدة، فإن الساحل الغربي للقارة يعد أعلى نقطة، كما أن السطوع الشمسي في القارة من بين الأعلى في العالم.

في قارة أمريكا الشمالية والوسطى

تختلف درجة السطوع عبر القارة، من شدة الإشعاع في بعض المناطق إلى غيابه في مناطق أخرى كثيرة. وفي معظم أنحاء المكسيك وجزء كبير من الغرب الأمريكي، تزداد درجة السطوع بشكل حاد. ويتناقص في الأجزاء الشرقية، ويقل كثيراً في الشمال، وبشكل عام يبرز أيضاً الإشعاع الشمسي العالي الساقط على دول أمريكا الوسطى.

قارة أوقيانوسيا

تتزايد درجة الإشعاع الشمسي في جميع أنحاء القارة، والتي يسميها الكثيرون خطأً القارة الأسترالية، وهو ما ينعكس في الارتفاع الكبير في درجات الحرارة في جميع أركانها المختلفة، والتي تعتبر من أكثر الأماكن حرارة على وجه الأرض.

هذه أهم المعلومات عن الإشعاع الشمسي وطرق قياسه وتوزيعاته المختلفة على سطح الأرض وكثافته وأهم العوامل التي تؤثر على إدراكنا.