| Predrag Bokšić |
| VODIČ KROZ LEDENA DOBA |
| ZA ASTRONOME |
Sunce je stabilna žuta zvezda Mlečnog puta na sredini glavnog niza na Hercšprung-Raselovom dijagramu, koja nosi 99,8% mase celokupnog Sunčevog sistema i koja postoji barem 5 milijardi godina.
Većina Sunčeve energije dolazi iz centralnog regiona u kome se odvijaju nuklearne reakcije fuzije tipa proton-proton (ppI, ppII). Sunce je u toku 5 milijardi godina moralo proizvesti 6×1043 J energije ili 3×1013 J/kg energetske vrednosti goriva [21].
3.1 Solarno zračenje, solarna konstanta, solarna energetika
Ukupno solarno zračenje je definisano kao protok energije poreklom sa Sunca na vrhu atmosfere Zemlje, sabrano po svim frekvencijama elektromagnetnog spektra za ceo vidljivi disk Sunca. Termini koji se koriste su solar radiation, total solar irradiation (ukupna, integrisana vrednost po talasnim dužinama). Insolacija (INcident SOLar radiATION) ili osunčavanje se meri na nekoj određenoj površini Zemlje tokom određenog perioda vremena i predstavlja se u jedinicama W/m2 ili kW·h/(m²·dan) [37].
Na Zemlju stiže 1,52 × 1018 kWh/godišnje ili 0,5 milijarditih delova Sunčeve energije, što odgovara snazi od 1,75 × 1017 W [6].
Ako zamislimo Zemlju i Sunce kao loptasta udaljena tela, od ukupnog zračenja Sunca, na Zemlju može da stigne deo ukupne energije zračenja Sunca. Fluks energije se definiše kao protok energije ili zračenja koje pada normalno na jediničnu površinu u jedinici vremena. Stavimo Sunce u centar sfere sa poluprečnikom koji je jednak rastojanju Zemlja-Sunce (rzs). Površina ove sfere je 4 π rzs2. Na tom rastojanju od Sunca se nalazi Zemlja koja se sa Sunca vidi kao krug površine π Rzemlje2. Kada podelimo te dve površine dobijemo proporciju kako se odnose fluks zračenja sa cele površine Sunca i fluks zračenja koje stiže na Zemlju.
Pz = Ps (Rz2 / 4 rzs2) [W] (3.1)
U jednačini 3.1 figurišu snaga Sunčevog zračenja koja dospeva na Zemlju Pz, ukupna snaga Sunčevog zračenja Ps, poluprečnik Zemlje Rz i rastojanje Zemlja-Sunce rzs [59, 60, 61, 62, 63].
“Solarna konstanta” se definiše kao fluks energije na vrhu atmosfere po jediničnoj površini na koju normalno padaju zraci Sunca, na 1 AU rastojanja (Astronomical Unit = 149,598×106 km, astronomska jedinica) od Zemlje do Sunca. Solarna konstanta iznosi 1366.1 W/m2 prema proseku dnevnih srednjih vrednosti merenih sa 6 raznih veštačkih satelita-opservatorija od 1978-1998. godine pomoću radiometara. Razlika minimuma i maksimuma je u rasponu od 1363-1368 W/m2 ili 0,37%, standardna devijacija je 425 ppm (parts per milion, milionitih delova) [13].
Klimatologe zanima kakvog efekta na Zemlji imaju promene u Sunčevoj aktivnosti i na koji način. Bilo kakav mehanizam koji to objašnjava se naziva solarno forsiranje (solar forcing).
3.2 Transmisija zračenja kroz atmosferu, albedo i temperatura Zemlje
Tokom prolaska kroz atmosferu ukupno zračenje se rasipa, apsorbuje i pretvara u druge oblike energije ili prolazi do litosfere gde se proces analogno ponavlja na tlu. Jedan deo zračenja se odbija (reflektuje) nazad sa površine Zemlje. Izvestan deo zračenja se vraća sa vrha atmosfere nazad u svemir.
Oblačnost, aerosoli, rasipanje zračenja u atmosferi, potom upadni ugao pod kojim padaju zraci, značajno menjaju intenzitet upadnog zračenja koje opada eksponencijalno:
I = I0 e –kx/cos α [W/m2sr] (3.2)
U pitanju je korekcija onog zračenja I0 koje pada na vrh atmosfere, pod uglom α u odnosu na normalu na površinu atmosfere, pri čemu je k koeficijent atenuacije u atmosferi, x debljina atmosfere [59, 60, 61, 62, 63]. Zanemareni su detalji rasejanja, gustine, slojevitosti i sastava atmosfere, i drugo.
Apsorpcija zračenja u atmosferi je kvantno-mehanička pojava. Postojanje prelaza između kvantnih nivoa u atomima ili molekulima koji odgovaraju energiji fotona primljenog zračenja omogućavaju da se zračenje apsorbuje. U zavisnosti od talasne dužine, apsorpciju vrše različiti gasovi: azot, kiseonik, vodena para, ugljen-dioksid, zatim dim i čestice prašine.
Albedo (reflektivnost ili relativna sjajnost Zemlje) izražava koji se deo ukupnog primljenog zračenja odbija sa površine Zemlje [2]. Procenjuje se da iznosi oko 0,367, to jest 36,7%. Zemlja pretežno apsorbuje zračenje sa Sunca. Neki delovi reljefa intenzivno odbijaju vidljivu svetlost, kao svež sneg na primer, više od 80% upadnog zračenja. Okean ima albedo od 20% i zato pretežno apsorbuje zračenje. Albedo snega i leda varira u zavisnosti od starosti snega [53].
Veruje se da unutrašnja energija Zemlje (poreklom iz jezgra planete i raspada teških elemenata) ne doprinosi klimi. Stoga, efektivna temperatura Zemlje zavisi od primljene Sunčeve energije koja je apsorbovana. Zemlja potom emituje, tačnije reemituje zračenje apsorbovano zračenje. Ukupni (totalni) fluks zračenja (snaga) sa cele površine Zemlje je dat sa:
[W]
(3.3)
gde je 
Štefan-Bolcmanova
konstanta (=5,6704 x 10-8 W/m2K4),
efektivna
temperatura Zemlje.
Kada se praktično meri dolazni fluks sa Sunca on se definiše kao solarna konstanta. U bilo kom trenutku osvetljena je polovina površine Zemljine sfere (od toga zraci pogađaju normalno presek Zemlje površine
),
prema tome dolazni fluks sa Sunca iznosi:
[W]
(3.4)Apsorbovani i propušteni udeo Sunčevog
zračenja na Zemlji možemo naznačiti procentualno
sa
.
Odatle izvodimo da je:
Efektivna temperatura Zemlje je
oko 255 K [27]. Prema Vinovom zakonu, telo koje
ima temperaturu od 255 K emituje zračenje
najintenzivnije u infracrvenom (tj.
mikrotalasnom) delu spektra. Ovo zračenje se
apsorbuje pomoću vodene pare, ugljen dioksida, i
drugih gasova u atmosferi Zemlje. Zato dolazi do
zadržavanja toplote (efekat staklene bašte) u
klimatskom sistemu [4]. Sa efektom staklene
bašte, prosečna temperatura Zemlje je oko 287 K
[27].
