Strona głównaPytania → Czemu im dalej od Słońca...

Czemu im dalej od Słońca tym mniejsze jest natężenie światła?

Pytanie

Pyta Michał

Czemu właściwie im dalej od Słońca tym mniejsze jest natężenie światła?

Odpowiedź

Odpowiada dr hab. Piotr Sułkowski

Energia wytwarzana w Słońcu i emitowana w postaci promieniowania rozchodzi się we wszystkich kierunkach. Właściwą miarą „ilości” promieniowania jest jego strumień (czyli energia przechodząca w jednostce czasu przez powierzchnię ustawioną prostopadle do kierunku rozchodzenia się promieniowania) bądź też irradiancja (czyli moc – tzn. ilość energii produkowana/emitowana w jednostce czasu – przechodząca przez jednostkową powierzchnię). Zgodnie z zasadą zachowania energii, całkowita energia wypromieniowana w przestrzeń nie może się zmieniać (podczas jej rozchodzenia się w formie promieniowania). Jednakże im dalej od źródła promieniowania jesteśmy, w tym większy obszar przestrzeni promieniowanie się rozchodzi – w odległości $r$ od źródła promieniowanie przenika całą sferę o promieniu $r$, której powierzchnia to $\pi r^2$. Zatem aby obliczyć moc promieniowania pochodzącego od źródła (emitującego promieniowanie symetrycznie we wszystkich kierunkach) na jednostkę powierzchni, w odległości $r$ od tego źródła, należy ustaloną energię produkowaną w jednostce czasu przez to źródło podzielić przez $\pi r^2$. Czyli im dalej jesteśmy, tym mniej promieniowania do nas dociera, ponieważ musi być ono równomiernie rozłożone na całej sferze o danym promieniu (i im dalej od źródła jesteśmy, tym mniejszy ułamek tej sfery zajmuje jednostka powierzchni). Dlatego też, im dalej od źródła, tym irradiancja (moc promieniowania na jednostkę powierzchni) jest mniejsza.

W przypadku Słońca, moc promieniowania padającego na jednostkę powierzchni (ale przed wejściem do atmosfery – tzn. z pominięciem wszystkich czynników związanych z jej istnieniem) określa się jako stałą słoneczną. Z powodu zależności od odległości stała ta jest inna na różnych planetach. Stała słoneczna (odpowiednio uśredniona) dla Ziemi wynosi 1361 W/m$^2$ (watów na metr kwadratowy, gdzie wat [W] to jednostka mocy). Dla Merkurego średnia stała słoneczna to 9937 W/m$^2$, a dla Neptuna jedynie 1,5 W/m$^2$. Stała słoneczna w rzeczywistości nieco się zmienia, np. zależy od 11-letniego cyklu aktywności Słońca.