ما هو الإشعاع الشمسي؟ وما هو تعريفه؟ وكيف يمكن أن نقيس شدته في أماكن سقوطه المختلفة؟ وما الأجهزة المختلفة المستخدمة في حساب قياس الأشعة؟ حيث إن تلك الأسئلة مؤخرًا تعرض نفسها على الساحة وبشدة، فها نحن من خلال موقع البلد سنحاول معكم الإجابة عن هذه التساؤلات.
تعريف الإشعاع الشمسي
إذا سألنا أنفسنا عما هو الإشعاع الشمسي، فنجد أن من أفضل التعريفات التي يمكننا أن نعرفه بها، هي إنه مقدار الأشعة الشمسية والتي تسقط من الشمس على مساحة محددة من سطح الأرض، والتي لديها القدرة على توليد الطاقة الكهربائية.
لا يصل إلى سطح الأرض إلا جزء بسيط من أشعة الشمس، ويمكن تقديرها بحوالي 130 ميغاوات في كل متر مربع من سطح الشمس، وبرغم قلته إلا أنه هو ما يمد الأرض بكل الحرارة التي تحتاجها.
تكوين الإشعاع الشمسي
تشبه الشمس في طريقة عملها للمفاعلات النووية الاندماجية، فهي تدمج جزيئات غاز الهيدروجين لإنتاج الهيليوم، حيث تدمج كل أربعة أنوية من غاز الهيدروجين، مشكلة نواة واحدة من الهيليوم، وتتم هذه التفاعلات داخل الشمس، وتحت درجة حرارة تبلغ ملايين الدرجات المئوية، ويتحول فرق الكتلة الحادث من هذا التحول الكيميائي، إلى طاقة تبث لخارج الشمس على هيئة إشعاع شمسي.
يشير مصطلح الثابت الشمسي إلى ” معدل الطاقة الشمسية التي تسقط على وحدة المساحات العمودية على الأشعة خارج الغلاف الجوي عند مسافة متوسطة بين الشمس والأرض ” ولتغير المسافة تبعا لحركة دوران الأرض حول الشمس، فيؤثر ذلك على قيمة الإشعاع الشمسي خارج الغلاف الجوي خلال السنة.
أثر الغلاف الجوي على الإشعاع الشمسي
تنخفض كثيرا قيمة الأشعة الشمسية أثناء مرورها بالطبقات المختلفة للغلاف الجوي، ففي طبقة الأيونوسفير يتم امتصاص أشعة إكس وجاما، أما طبقة الأوزون فهي تعمل على امتصاص الأشعة فوق البنفسجية، ويعمل بخار الماء وغاز ثاني أكسيد الكربون على امتصاص بعض من الموجات تحت الحمراء.
تقل بصورة كبيرة قيمة الأشعة الشمسية الواصلة على الأرض، بفضل امتصاص الطبقات المختلفة للغلاف الجوي لها، وذلك قبل وصول الأشعة لسطح الأرض، فإن وصلت بنفس قيمتها بدون أي عائق لاستحالت الحياة على سطح الكوكب، وانقرضت الحياة به.
كيفية قياس الإشعاع الشمسي
يتبادر لذهننا تساؤل حول الكيفية التي يمكن بها معرفة مقدار الإشعاع الشمسي، والطرق التي يمكن قياسه بها، وتكمن الفائدة الأساسية من قياس شدة الإشعاع الشمسي في معرفة وتحديد القيم اللحظية، والقيم على مدى الفترات الزمنية الطويلة، للإشعاع الشمسي بأنواعه المختلفة، سواء كان الإشعاع الشمسي المباشر، أو الإشعاع المشتت أو الإشعاع الساقط على أحد الأسطح.
الأجهزة المختلفة التي نستخدمها في قياس شدة الإشعاع الشمسي، إما أن تعتمد على التأثير الكهروضوئي ” Photovoltaic effect “، أو أن تعتمد على التأثير الكهرو حراري ” Thermoelectric effect “، والدوائر الإلكترونية المستخدمة في هذه الأجهزة، تستطيع أن تقوم بتسجيل البيانات اللحظية، وتقوم بعملية التكامل بينها، فتمدنا بالبيانات بصورة دورية، سواء كل ساعة أو يوميا.
من أكثر الأنواع شهرة واستخدامًا في هذا المجال، نوعان من الأجهزة، نستعرضهم فيما يلي كالتالي:
النوع الأول – البيرانوميتر
باللغة الإنجليزية ” Pyranometer “، ويستخدم هذا الجهاز لقياس الإشعاع الكلي للشمس، ويتكون الجهاز من نصفي كرة من الزجاج الضوئي الشفاف، والمتحدان في مركزيهما، ويقوم النصف الداخلي بمنع الأشعة تحت الحمراء القادمة إليه من النصف الخارجي، وفي منتصف الجهاز يوجد عدد من الازدواجات الحرارية مكونة عمود حرارة.
تطلى الوصلة الساخنة للازدواجات الحرارية باللون الأسود، وتوجد على السطح العلوي معرضة للشمس، وأما الوصلة الباردة فتتجه للأسفل بداخل الجهاز بعيدة عن ضوء الشمس، وحتى لا يتأثر الجهاز بمصدر آخر للحرارة بخلاف الإشعاع الشمسي، يوجد بالجهاز قرص حماية، يكون ابيض اللون ولامع، حتى يستطيع منع تأثر الازدواج الحراري.
النوع الثاني- البيرهليوميتر
باللغة الإنجليزية ” Pyrheliometer “، ويستخدم هذا الجهاز في قياس شدة الإشعاع المباشر للشمس، ويتكون من عن طريق عمود للحرارة، يعمل كحساس للقياس، موضوع في أنبوبة تبلغ نسبة طولها إلى قطرها 1إلى 10، وهو ما يؤدى إلى أن زاوية الرؤية تكون 5.7 درجة، وتطلى الأنبوبة باللون الأسود، وتثبت على قاعدة متحركة، وذلك ليسهل توجيهها بصورة مباشرة باتجاه قرص الشمس.
توزيع الإشعاع الشمسي على المناطق المختلفة بالعالم
نريد أن نعرف ما هو الإشعاع الشمسي في الأماكن المختلفة على مستوى العالم، وهل بالفعل أكثر الأماكن حرارة هي ما تتميز بشدة سقوط الأشعة الشمسية عليها، فلنستعرض سويا حجم الإشعاع الشمسي الواقع بكل منطقة من مناطق العالم، مع قليل من التفصيل عنها فيما يلي من فقرات:
الشمسي في الدول العربية
كثير مننا نحن العرب نريد أن نعرف ما هو الإشعاع الشمسي في دولنا العربية، وذلك لأنها تتصف بكونها من أكثر الأماكن على سطح الأرض، بشدة السطوع في أوقات النهار، وذلك لزيادة كمية الإشعاع الشمسي التي تتعرض له هذه الدول، وهو ما يؤدى لزيادة درجات الحرارة وزيادة التصحر، كما يمكن استغلاله في زيادة الاعتماد على الطاقة الشمسية في إنتاج الطاقة، بدلا من استخدام الوسائل التقليدية.
توزيع الإشعاع في قارة أفريقيا
تعد قارة أفريقيا من أكثر قارات العالم من حيث درجة الإشعاع الشمسي، وهو ما يفسر الارتفاع الكبير في درجات الحرارة في معظم الفترات على مدار العام، وإن كان يقل الإشعاع الشمسي في وسط وجنوب القارة، إلا إن القارة تظل من أعلى الأماكن التي تسقط عليها الإشعاع على مستوى العالم.
توزيع الإشعاع في قارة آسيا
تتباين شدة سطوع الشمس على القارة الآسيوية، فإن زادت حدة الإشعاع الشمسي على الجانب الغربي ولا سيما الدول العربية في آسيا، ودول أخرى في الغرب مثل إيران وأجزاء كبيرة من باكستان، وحتى في نواحي كبيرة في الصين ودولة منغوليا، إلا أن شدة السطوع تقل في باقي المناطق، خاصةً عند اتجاهنا شرقا وشمالا.
توزيع الإشعاع في قارة أوروبا
تقل بصورة شديدة جدا درجة الإشعاع الشمسي في معظم أنحاء القارة الأوروبية العجوز، باستثناء بعض دول الجنوب مثل قبرص وتركيا وأجزاء من شبه جزيرة أيبيريا، والتي تشمل إسبانيا والبرتغال وجبل طارق، فإن درجة السطوع الشمسي تعتبر هي الأقل على مستوى العالم، وتقل درجة السطوع كلما اتجهنا شمالا، باتجاه القطب الشمالي.
في قارة أمريكا الجنوبية
تتشابه قارة أمريكا الجنوبية مع قارة أفريقيا، في زيادة درجة السطوع الشمسي في كل الأنحاء تقريبا، إذا استثنينا الجزء الصغير في جنوب تشيلي الذي لا يحظى بنفس الدرجة من حجم الإشعاع الشمسي كباقي أركان القارة، لقربه من القطب الجنوبي المتجمد، ويعد الساحل الغربي للقارة أعلى أماكن السطوع الشمسي في القارة، ومن الأعلى على مستوى العالم.
في قارة أمريكا الشمالية والوسطى
تتباين درجة السطوع في أنحاء القارة، بين شدة الإشعاع في مناطق، وقلتها في العديد من المناطق الأخرى، ففي معظم أنحاء المكسيك وجزء كبير من الغرب الأمريكي تزيد درجة السطوع بدرجة حادة، بينما تقل في الأجزاء الشرقي وتقل جدًا في الشمال، كما تمتاز دول أمريكا الوسطى بارتفاع الإشعاع الشمسي الساقط عليها بشكل عام.
قارة أوقيانوسيا
التي يسميها الكثيرون خطأ باسم قارة أستراليا، وتزيد فيها درجة الإشعاع الشمسي في كل انحاء القارة، وينعكس بدوره على الارتفاع الكبير في درجات الحرارة في كل أركانها المختلفة، والتي تعد من أكثر الأماكن حرارة في العالم.
تلك هي أهم المعلومات عما هو الإشعاع الشمسي، وطرق قياسه وتوزيعاته المختلفة على سطح الأرض، وأهم العوامل التي تؤثر في شدته وشعورنا به.
