Filozof Herakleitos, ktorý žil na prelome 6. a 5. storočia pred Kristom, podľa niektorých antických zlomkov považoval oheň za pralátku sveta. O niečo mladší Anaxagoras vyslovil domnienku, že Slnko je obrovská planúca guľa kovu, ktorá je väčšia ako Peloponéz. Vyslúžil si za to odsúdenie a vyhnanstvo z Atén. Ak by sme prenesene stotožnili oheň so Slnkom v prvom prípade a zohľadnili psychologické ťažkosti súčasníkov Anaxagora s fyzickou prirodzenosťou a s veľkosťou Slnka, títo dvaja filozofi by pravdepodobne boli medzi antickými autormi, ktorí sa najviac priblížili k dnešnému poznatku, že Slnko obsahuje 98 % všetkej hmoty v našej slnečnej sústave. Zmestilo by sa do neho 1,3 milióna zemegúľ.
Energia slnečného žiarenia
Slnko je primárnym zdrojom energie pre Zem. Už takmer 5 miliárd rokov ožaruje deň na našej planéte. Deje sa to vďaka nukleárnej fúzii vnútri Slnka, ktorá premieňa ľahký vodík na hélium. Slnko vysiela k Zemi ročne okolo 180 000 TW energie vo forme elektromagnetického žiarenia. Na porovnanie uvádzame, že energia, ktorú celé ľudstvo využíva na poháňanie svojej ekonomiky, predstavuje približne 14 TW ročne. Na každý štvorcový meter (m2) atmosféry dopadá cca 1,4 kW (solárna konštanta). Slnečná energia udržuje atmosféru v plynnom stave, zohrieva našu planétu na teplotu priaznivú pre život, udržuje kolobeh vody a poskytuje energiu na fotosyntézu a ďalšie životné procesy. Energia ukrytá vo fosílnych palivách má tiež svoj pôvod v slnečnej energii, v dávnych dobách premenenej rastlinami pomocou fotosyntézy.
Slnečné žiarenie v atmosfére
Z celkového množstva slnečnej energie, ktorá prichádza na Zem, sa priemerne asi 30 % odráža späť do vesmíru vo forme krátkovlnného žiarenia, 47 % vyžiari ako dlhovlnné (tepelné) žiarenie a 23 % sa uplatňuje v kolobehu vody pri výpare. Pri prechode atmosférou je slnečné žiarenie čiastočne absorbované plynmi a vodnou parou, ďalej sa absorbuje a odráža na prachových čiastočkách a aerosóloch. Znižuje sa energia žiarenia v ultrafialovej oblasti a zväčšuje sa podiel dlhovlnného žiarenia. Žiarenie, ktoré dopadá na zemský povrch, sa skladá z dvoch zložiek - z priamej a difúznej. Priame žiarenie tvoria rovnobežné lúče, ktoré prichádzajú priamo zo Slnka (tvoria tieň), prípadne sa lámu pri prechode atmosférou, difúzne (rozptýlené) žiarenie vzniká rozptylom v atmosférických plynoch, oblakoch, prachových čiastočkách, aerosóloch a v iných nehomogenitách. Obidve zložky sú zastúpené v dennom svetle, ale ich pomer sa často a výrazne mení.
Žiarenie dopádajúce na zemský povrch
Množstvo slnečného žiarenia, ktoré dopadá na zemský povrch, je značne variabilné v čase a priestore. Slnečné žiarenie prichádza na zemský povrch v denných a sezónnych pulzoch.[1] Maximálne hodnoty žiarenia dosahujú až 3 000 kWh na 1 m2 za rok. V miernom pásme v našich zemepisných šírkach predstavuje ročný príkon slnečného žiarenia okolo 1 100 kWh/m2. Množstvo slnečnej energie, ktorá dopadá na zemský povrch, je dané aktuálnym počasím. Rozdiel v množstve slnečnej energie prichádzajúcej na zemský povrch pri jasnej a pri zatiahnutej oblohe je rádový (obr. 3a, b).
Albedo
Distribúcia slnečnej energie je podmienená aj charakterom zemského povrchu. Prichádzajúce slnečné žiarenie sa od povrchu čiastočne odráža (albedo vyjadruje pomer odrazeného žiarenia k celkovému dopadajúcemu žiareniu). Množstvo odrazeného žiarenia závisí od jeho vlnovej dĺžky, uhla dopadu a od charakteru povrchu. Vegetácia odráža 5 - 15 % krátkovlnného slnečného žiarenia, suchý povrch odráža rádovo 35 % a čerstvý sneh až 90 % dopadajúceho žiarenia.
Cíteľné a latentné teplo
Osud prichádzajúcej slnečnej energie výrazne závisí od prítomnosti vody v ekosystéme, ktorá ovplyvňuje distribúciu energie medzi dva hlavné toky tepla - citeľné a latentné teplo. Ako naznačujú už samotné názvy, citeľné teplo sprevádza zvýšenie teploty látky či telesa, ktorú pociťujeme. Latentné teplo nesprevádza zvýšenie teploty. Latentné teplo, v našom prípade skupenské teplo vyparovania (tiež viazané teplo) vody, je množstvo energie, ktoré musí voda prijať, aby sa premenila na paru tej istej teploty. Na osvieženie školských znalostí z fyziky dodávame, že odparovanie z voľného povrchu kvapaliny prebieha za každej teploty, rýchlosť vyparovania sa však zvyšuje úmerne s teplotou kvapaliny, so zväčšovaním jej voľného povrchu a s odstraňovaním vzniknutých pár nad kvapalinou. Pri teplote varu sa kvapalina vyparuje nielen na povrchu, ale aj vo vnútri. Merné skupenské teplo (t. j. skupenské teplo na jednotku hmotnosti) vody pri normálnom tlaku a teplote 25 °C je 2 243,7 kJ/kg. To naznačuje množstvo slnečnej energie, ktoré sa spotrebuje na výpar každého litra vody bez toho, aby sa zvýšila teplota. (To isté množstvo tepla sa uvoľní neskôr pri kondenzácii vodnej pary na chladnejšom mieste.)
Voda v krajine
Voda sa môže meniť na vodnú paru len vtedy, keď je v krajine v príslušnom množstve prítomná. Ak nie je prítomná, veľká časť slnečnej energie sa mení na citeľné teplo a teplota prostredia sa prudko zvyšuje. Kým sa vo vysušenej krajine až 60 % prichádzajúcej radiácie mení na citeľné teplo, v krajine dostatočne zásobenej vodou môže byť až 80 % radiácie viazané do skupenského tepla výparu vody a na citeľné teplo sa mení len podstatne menšia časť slnečného žiarenia (obr. 4).
Obr. 3a,b Hodnoty slnečného žiarenia za jasného dňa a pri zatiahnutej oblohe (namerané 18. 7. 2006 a 3. 8. 2006 v Třeboni, ČR)
Obr. 4 Distribúcia slnečnej energie v odvodnenej krajine a v krajine dostatočne zásobenej vodou
Obr. 5 Fotografia námestia a priľahlého parku v Třeboni zhotovená termovíznou kamerou. Viditeľné sú rozdiely teplôt medzi vegetáciou, fasádami a strechami domov.
[1] Hodnoty slnečného žiarenia na rôznych miestach Zeme možno nájsť na stránkach NASA (http://eosweb.larc.nasa.gov/sse)
