Co to jest stała słoneczna?

Stała słoneczna jest miarą mocy metra kwadratowego światła słonecznego uderzającego bezpośrednio w prostopadłą płaszczyznę przestrzeni nad atmosferą Ziemi i jest uważana za jednolitą wartość 1370 watów na metr kwadratowy. Zmienia się to jednak dramatycznie na powierzchni Ziemi, ponieważ światło słoneczne musi przepływać przez różne warstwy atmosfery w zależności od szerokości geograficznej i poziomu morza, a także warunków atmosferycznych. Dlatego stała słoneczna jest w dużej mierze liczbą odniesienia, na podstawie której opierają się rzeczywiste otrzymane wartości nasłonecznienia, i jest pomocna w takich obszarach, jak umieszczenie macierzy słonecznych do wytwarzania energii z ogniw fotowoltaicznych lub słonecznych, a także w obliczeniach pogodowych i rolniczych. Jako czysta wartość powyżej granic atmosfery, stała słoneczna również zmienia się o 3% w zależności od punktu, w którym Ziemia znajduje się na orbicie Słońca, ponieważ orbita jest nieco eliptyczna.

Podczas gdy wartości promieniowania słonecznego dla stałej słonecznej zwykle skupiają się na świetle widzialnym, wartości te są obliczeniem całego otrzymanego słonecznego promieniowania elektromagnetycznego. Obejmuje to światło podczerwone, promieniowanie rentgenowskie i fale radiowe, które są transmitowane przez Słońce, chociaż fale o wysokiej częstotliwości, takie jak promienie rentgenowskie, stanowią mniej niż 1% całkowitej emitowanej energii. Tam, gdzie światło słoneczne dociera do powierzchni Ziemi, promieniowanie to nazywa się nasłonecznieniem i ma optymalny poziom około 1000 watów na metr kwadratowy. Praktyczne wartości wynikające z wyższych szerokości geograficznych, różnych wysokości, zachmurzonego nieba i innych przyczyn pośredniego światła spadają tę wartość do 250 watów na metr kwadratowy, zmniejszając rzeczywisty poziom energii słonecznej, który Ziemia otrzymuje w przestrzeni kosmicznej ponad pięć razy dociera na powierzchnię.

Stała słoneczna jest ważną wartością, którą należy znać w dziedzinie rozwoju satelity i sondy kosmicznej. Wynika to z faktu, że systemy te często mają panele słoneczne do generowania energii i że mogą zostać uszkodzone przez promieniowanie słoneczne, jeśli nie zostaną odpowiednio osłonięte. Badania nad cyklami słonecznymi dla Słońca, obejmujące obliczenia burz słonecznych i aktywności plam słonecznych, zależą również od stałej słonecznej i jej poziomu gęstości strumienia lub względnej ilości energii słonecznej przenoszonej na metr kwadratowy. Wiadomo, że samo Słońce ma niewielką zmienność poziomów promieniowania w 11-letnich cyklach wynoszącą ± 0,2%. To wraz z 10% wzrostem stałej słonecznej co 10 000 000 000 lat może z czasem dramatycznie wpłynąć na klimat Ziemi na obszarach regionalnych, takich jak morze lub na całym świecie.

Załogowe eksploracje kosmosu do miejsc takich jak Księżyc Ziemi czy planeta Mars również muszą brać pod uwagę stałą słoneczną dla tych regionów. Energia słoneczna jest w dużej mierze podobna do czystej wartości dla Ziemi na powierzchni Księżyca, ze względu na tę samą względną odległość od Słońca i fakt, że Księżyc nie ma atmosfery. Jednak Mars będzie miał inną stałą słoneczną, ponieważ będzie w dowolnym momencie co najmniej 30 000 000 mil (48 280 280 320 km) dalej od Słońca niż Ziemia i ponieważ ma swoją własną słabą atmosferę. W przestrzeni kosmicznej lub na jałowych planetach i asteroidach stała słoneczna jest podstawowym wskaźnikiem ilości energii dostępnej do przetwarzania skał w przydatne materiały, takie jak tlen i wodór, lub do wytwarzania energii elektrycznej w celu utrzymania sztucznych systemów środowiskowych i sprzętu komunikacyjnego.