Lecture-6 Nature and properties of solar radiation, solar constant, depletion of solar radiation

Nature and properties of solar radiation, solar constant, depletion of solar radiation (सौर विकिरण की प्रकृति और गुण, सौर स्थिरांक, सौर विकिरण का ह्रास):-

Solar Radiation (सौर विकिरण):- Solar radiation refers to the electromagnetic energy emitted by the Sun. 

(सौर विकिरण सूर्य द्वारा उत्सर्जित विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा है।)

> It includes a broad spectrum of wavelengths, primarily:

(इसमें विभिन्न तरंगदैर्ध्य की किरणें शामिल होती हैं, मुख्यतः:)

Ultraviolet (UV) Radiation (100–400 nm) [पराबैंगनी (UV) विकिरण (100–400 nm)]:- High-energy radiation, further classified into UV-A, UV-B, and UV-C. Most UV-C and a significant portion of UV-B are absorbed by the Earth's atmosphere.

(यह उच्च-ऊर्जा विकिरण होता है, जिसे आगे UV-A, UV-B और UV-C में विभाजित किया जाता है। UV-C और अधिकांश UV-B पृथ्वी के वायुमंडल द्वारा अवशोषित हो जाते हैं।)

Visible Light (400–700 nm) [दृश्यमान प्रकाश (400–700 nm)]:- The portion of the spectrum that is visible to the human eye. It accounts for nearly 43% of total solar energy. 

(यह वह हिस्सा है जिसे मानव आँख देख सकती है और यह कुल सौर ऊर्जा का लगभग 43% होता है।)

Infrared Radiation (700 nm – 1 mm) [इन्फ्रारेड विकिरण (700 nm – 1 mm)]:- Comprising nearly 49% of solar energy, infrared radiation is responsible for heat transfer from the Sun to the Earth.

(यह लगभग 49% सौर ऊर्जा का हिस्सा होता है और मुख्य रूप से ऊष्मा को पृथ्वी तक पहुँचाने के लिए उत्तरदायी होता है।)

> Solar radiation travels in the form of photons at the speed of light and exhibits both wave and particle properties, consistent with the principles of quantum mechanics. It is produced due to nuclear fusion reactions occurring in the Sun's core, where hydrogen atoms fuse to form helium, releasing massive amounts of energy.

(सौर विकिरण फोटॉनों के रूप में प्रकाश की गति से चलता है और यह तरंग और कण दोनों गुणधर्मों को दर्शाता है। यह सूर्य के केंद्र में नाभिकीय संलयन की प्रक्रिया के कारण उत्पन्न होता है, जहाँ हाइड्रोजन परमाणु आपस में मिलकर हीलियम का निर्माण करते हैं और विशाल मात्रा में ऊर्जा छोड़ते हैं।)

Solar Constant (सौर स्थिरांक):- 

> The solar constant is the average amount of solar radiation received per unit area at the top of the Earth's atmosphere, when the Earth is at its mean distance from the Sun. It is denoted as S0 and has an approximate value of:

(सौर स्थिरांक वह औसत सौर विकिरण मात्रा है जो पृथ्वी के वायुमंडल के ऊपरी भाग में प्रति इकाई क्षेत्र में तब प्राप्त होती है जब पृथ्वी सूर्य से अपनी औसत दूरी पर होती है। इसे S0 द्वारा दर्शाया जाता है और इसका मान लगभग:)

 

> This value is not truly constant due to:

(यह मान वास्तव में पूरी तरह स्थिर नहीं होता क्योंकि इसमें विभिन्न कारणों से परिवर्तन होता है:)

i. Solar activity cycles (sunspots, solar flares, etc.)

[सौर गतिविधियों (सूर्य धब्बे, सौर ज्वाला, आदि) में परिवर्तन]

ii. Variations in Earth's orbital distance from the Sun (due to its elliptical orbit)

[पृथ्वी की कक्षा में परिवर्तन (क्योंकि इसकी कक्षा अण्डाकार होती है)]

> The solar constant represents the total solar energy flux per unit area perpendicular to the Sun's rays in the absence of atmospheric interference.

(सौर स्थिरांक सूर्य द्वारा उत्सर्जित कुल सौर ऊर्जा प्रवाह को दर्शाता है, जिसे किसी माध्यम के हस्तक्षेप के बिना नापा जाता है।)

 

Depletion of Solar Radiation (सौर विकिरण की हानि):- As solar radiation passes through the Earth's atmosphere, it undergoes significant depletion due to various atmospheric interactions. The major depletion mechanisms include:

(जब सौर विकिरण पृथ्वी के वायुमंडल से होकर गुजरता है, तो यह कई कारणों से कमजोर हो जाता है। इसके प्रमुख कारण निम्नलिखित हैं:)

a. Absorption (अवशोषण):- Certain gases in the atmosphere absorb specific wavelengths of solar radiation. Key absorbers include:

(कुछ गैसें विशेष तरंगदैर्ध्य के सौर विकिरण को अवशोषित कर लेती हैं। प्रमुख अवशोषक गैसें हैं:)

Ozone (O3) (ओजोन):- Absorbs most of the UV radiation, particularly UV-C and a significant part of UV-B.

[यह अधिकांश पराबैंगनी (UV) विकिरण को, विशेष रूप से UV-C और कुछ मात्रा में UV-B को अवशोषित कर लेता है।]

Water Vapor (H2O) (जलवाष्प):- Absorbs infrared radiation, contributing to the greenhouse effect.

(यह इन्फ्रारेड विकिरण को अवशोषित करता है और ग्रीनहाउस प्रभाव में योगदान देता है।)

Carbon Dioxide (CO2) (कार्बन डाइऑक्साइड):- Absorbs infrared radiation and plays a major role in Earth's thermal balance.

(यह इन्फ्रारेड विकिरण को अवशोषित करता है और पृथ्वी के तापीय संतुलन को बनाए रखने में मदद करता है।)

b. Scattering (प्रकीर्णन):- Scattering occurs when solar radiation interacts with molecules and particles in the atmosphere. Types of scattering include:

(जब सौर विकिरण वायुमंडल में उपस्थित कणों और गैसों से टकराता है, तो यह विभिन्न दिशाओं में बिखर जाता है। इसके प्रकार हैं:)

Rayleigh Scattering (by gas molecules) (रेले प्रकीर्णन):- Scatters shorter wavelengths (blue light) more than longer wavelengths, making the sky appear blue.

[यह गैस अणुओं द्वारा किया जाता है और छोटी तरंगदैर्ध्य (जैसे नीला प्रकाश) को अधिक बिखेरता है, जिससे आकाश नीला दिखाई देता है।]

Mie Scattering (by aerosols and dust) (मी प्रकीर्णन):- Affects all wavelengths and causes hazy conditions.

(यह धूल और एयरोसोल द्वारा किया जाता है और सभी तरंगदैर्ध्य को प्रभावित करता है, जिससे धुंधलापन उत्पन्न होता है।)

Non-selective Scattering (by large particles like water droplets) (अचयनात्मक प्रकीर्णन):- Affects all wavelengths equally, making clouds appear white.

[यह बड़े कणों (जैसे जल बूँदों) द्वारा किया जाता है और सभी तरंगदैर्ध्य को समान रूप से प्रभावित करता है, जिससे बादल सफेद दिखाई देते हैं।]

c. Reflection (परावर्तन):- Some portion of incoming solar radiation is reflected back into space by:

(सौर विकिरण का एक हिस्सा वापस अंतरिक्ष में परावर्तित हो जाता है। प्रमुख परावर्तक स्रोत हैं:)

i Clouds (बादल):- Reflects 20-25% solar radiation.

(20-25% सौर विकिरण परावर्तित कर देते हैं।)

ii Atmospheric particles and gases (वायुमंडलीय कण और गैसें):- About 6% reflect.

(लगभग 6% परावर्तित करते हैं।)

iii. Earth’s surface (Albedo effect) (पृथ्वी की सतह):- Snow, ice, and desert areas reflect more sunlight than oceans and forests.

(बर्फ, रेगिस्तान और ऊँचे पर्वतीय क्षेत्र अधिक परावर्तन करते हैं, जबकि महासागर और जंगल कम परावर्तन करते हैं।)

d. Transmission (संचरण):- The portion of solar radiation that passes through the atmosphere without significant interaction reaches the Earth's surface. This varies depending on cloud cover, atmospheric composition, and pollution levels.

(जो विकिरण वायुमंडल से बिना किसी महत्वपूर्ण अवरोध के पृथ्वी की सतह तक पहुँचता है, उसे संचरित विकिरण कहते हैं। यह कई कारकों पर निर्भर करता है, जैसे बादलों की मात्रा, वायुमंडलीय संरचना और प्रदूषण स्तर।)