Quais fatores são responsáveis pelo aumento da incidência de radiação solar que chega à superfície terrestre?

Muito se fala sobre a radiação que vem do Sol e seus perigos, mas exatamente o que é radiação solar? Em poucas palavras, a radiação solar é o fluxo de energia emitida pelo Sol e transmitida pelos fótons, as partículas portadoras da luz.

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Podemos dizer, grosso modo, que a luz é um tipo de radiação solar, mas nem todo o espectro dessa energia é luz — a luz visível é apenas uma pequena parte desse fluxo. Existe também uma parte da radiação solar que não chega até a superfície terrestre, ou chega em quantidades bem pequenas. Por exemplo, a radiação ultravioleta, absorvida pela nossa atmosfera — e ainda bem, pois ela é altamente nociva para nós.

Se quisermos saber a respeito de todo o espectro da radiação solar, teremos que considerar também outros tipos de radiação emitidas em escalas ainda menores, como os raios gama. Em suma, a radiação solar, assim como de qualquer outra estrela, é formada por todos os tipos de energia transmitida pelos fótons.

Esses tipos de energia também são conhecidos como comprimentos de onda, porque os fótons, embora sejam partículas, também se comportam como ondas. Para saber qual é o tipo de radiação com a qual estamos lidando em determinada situação, basta medir o comprimento de sua onda.

Essa onda se forma no campo eletromagnético, por isso também é conhecida como espectro eletromagnético. Assim, sempre que estivermos falando de radiação — não apenas solar, mas qualquer uma — estamos falando de ondas eletromagnéticas e, ao mesmo tempo, de emissão de fótons.

Os tipos de radiação, em ordem de menor comprimento de onda para maior, são:

• Raios cósmicos
• Raios gama
• Raios X
• Ultravioleta
• Espectro visível
• Infravermelho
• Raios T
• Micro-onda
• Rádio

Os fótons são emitidos por outros objetos, além das estrelas. Basta aplicar um pouco de energia em um pedaço de metal, por exemplo, e ele se aquecerá, emitindo assim radiação infravermelha. Mas algumas delas são bem mais difíceis de produzir, como os raios gama, por exemplo.

Mas será que o Sol emite todos esses comprimentos de onda? Bem, depende. Por exemplo, o Sol produz raios gama como resultado do processo de fusão nuclear, mas eles são absorvidos ainda no interior da estrela. No processo, os fótons de alta energia (raios gama) são convertidos para fótons de baixa energia antes de chegar à superfície do Sol.

Por outro lado, o Sol mas emite raios gama durante os eventos de erupções solares, que ocorrem de tempos em tempos, principalmente durante os chamados picos de atividade solar. Outro tipo de radiação que o Sol também emite além das já mencionadas são as ondas de rádio, as maiores de todo o espectro eletromagnético.

Mas a maior parte da luz do Sol está nas faixas do infravermelho, da luz visível e ultravioleta. Os raios X, por sua vez, vêm apenas das partes mais quentes e ativas da nossa estrela, a corona. Portanto, quando se trata de radiação solar que podemos receber e medir aqui na Terra, resume-se às faixas entre o infravermelho e o ultravioleta. Para detectar e medir as demais, é preciso enviar sondas ao espaço.

O que é e como medir a incidência solar

A incidência solar é a radiação do Sol que incide sobre uma determinada área na superfície da Terra (radiação direta) ou a difusa, em toda a superfície terrestre. Há vários fatores que devem ser considerados, como o movimento de rotação e translação do planeta, a inclinação do eixo terrestre, cobertura de nuvens, entre outros.

Medir a radiação nesses dois contextos é importante para o estudo das influências das condições climáticas e atmosféricas, por exemplo. Para medir a incidência solar em um local ou região, usa-se pireliômetros, equipamento utilizado para medir a densidade de fluxo da radiação. Para medir a radiação incidente sobre uma superfície, usa-se piranômetros.

Existem muitos modelos de piranômetros, e eles são divididos em primeira (2% de precisão) e segunda classe (5% de precisão). Um desses modelos utiliza uma célula fotovoltaica de silício monocristalino para coletar medidas solarimétrias. Outro modelo mede a diferença de temperatura entre duas superfícies, uma pintada de preto e outra pintada de branco. A expansão das superfícies mostra o valor da energia incidente.

Já os pireliômetros medem a radiação direta, ou seja, a luz que atinge o instrumento, e não uma superfície. Eles têm uma pequena abertura ajustada para focar apenas o disco solar e a região circunsolar e seguem o movimento do Sol. São constantemente ajustados para focalizar melhor a região do sensor. Há ainda os heliógrafos, que registram a duração do brilho solar, focada por uma esfera de cristal de 10 cm de diâmetro.

Efeitos da radiação solar na atmosfera da Terra

Existe uma troca constante de energia solar entre a superfície, a atmosfera e o espaço, como porcentagens de radiação solar incidente. Na atmosfera, é absorvida em média 23% ou mais da radiação, especialmente pelo vapor de água e nuvens em altitudes mais baixas e pelo ozônio na estratosfera.

Na absorção pelo ozônio, que protege a superfície dos raios ultravioleta, a estratosfera ilumina e aquece, produzindo temperaturas máximas de −15 a 10 °C, a uma altitude de 50 km. Mais de 90% da faixa visível do espectro passa pela atmosfera para dar cores aos objetos que vemos na superfície.

A faixa visível, com comprimentos de onda entre 0,4 e 0,7 μm, pode também ser espalhada em vários graus por gotículas de nuvem, moléculas de ar e partículas de poeira. O resultado disso é a coloração do céu (azul durante o dia e alaranjada durante o pôr-do-sol). As gotículas das nuvens espalham os comprimentos de onda visíveis de maneira imparcial, por isso as nuvens geralmente parecem brancas.

Esses fenômenos que "tingem" o céu às vezes são impactados pelas mudanças climáticas, como aquelas causadas pelos incêndios nos Estados Unidos, em 2020, que resultaram em céus vermelhos em várias regiões do país. As emissões de poluentes na atmosfera também alteram o ciclo natural da troca de radiação entre a atmosfera e a superfície da Terra.

Parte da radiação solar é constantemente absorvida pela superfície terrestre — cerca de 46%. Mas isso depende muito da nebulosidade, tipo de superfície e elevação. Por exemplo, se houver nuvens persistentes, grande parte da radiação é espalhada de volta ao espaço e muito pouco chegará à superfície do planeta.

Por outro lado, a absorção constante de energia solar pela superfície da Terra é devolvida ao espaço na forma de calor, ou seja, radiação infravermelha — este comprimento de onda específico está geralmente associado ao aumento de temperatura de algum objeto — nos comprimentos de onda entre 5 e 100 μm. Essa radiação é absorvida pelas nuvens, dióxido de carbono e vapor de água.

Isso significa que a atmosfera impede que a superfície terrestre perca calor, principalmente quando há nuvens baixas, “obrigando” a superfície a absorver a parcela que ficou “presa” da radiação térmica. Sem isso, a superfície seria cerca de 30 °C mais fria. Mas essa troca de radiação entre Sol-atmosfera-superfície continua ocorrendo, em uma relação de causa e efeito e de compensações que nos proporciona as condições que conhecemos.

Fonte: CRESESB, Britannica, Astronomy

Qual fator determina a alteração da incidência da energia solar sobre a superfície terrestre?

Quais fatores influenciam a radiação solar incidente?

Como a radiação solar chega na superfície da Terra?

Quais os três fatores de atenuação da radiação solar na atmosfera?