Radiación solar: Definición, tipos y efectos

¿Qué es la radiación solar?

Cuando muchos de nosotros escuchamos el término “radiación”, pensamos en bombas atómicas, trajes HAZMAT y desechos nucleares peligrosos. Sin embargo, en verdad, el término puede ser mucho más inocuo. Proviene de la palabra latina “radiare”, que simplemente significa “emitir rayos”. En el caso de los residuos nucleares, esto suele significar rayos gamma, fotones de alta energía que pueden dañar las células humanas y afectar nuestro ADN. O significa partículas alfa y beta, protones, neutrones y electrones voladores que pueden ser igualmente peligrosos.

Cuando se trata de radiación solar, al menos la que llega desde nuestro sol a la Tierra y a través de la atmósfera, la palabra no tiene una connotación tan negativa. La definición de radiación solar simplemente se refiere a ondas electromagnéticas; en otras palabras, luz. La radiación solar, o subradiación, se presenta en tres tipos principales: luz visible, luz infrarroja y luz ultravioleta.

El espectro electromagnético completo presenta siete tipos diferentes de luz, enumerados en orden de frecuencia más baja a más alta: ondas de radio, microondas, luz infrarroja, luz visible, luz ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Sin embargo, lo que golpea la superficie de la Tierra son principalmente los tres tipos intermedios de la lista, y esto no es una coincidencia. El globo ocular humano evolucionó para poder detectar la luz visible porque era muy abundante y su detección ofrecía una clara ventaja evolutiva. Después de todo, un globo ocular que pudiera detectar rayos X ofrecería pocas ventajas en el planeta Tierra.

El mapa de irradiancia solar de arriba muestra la radiación solar entrante absorbida en el transcurso de un año. En el mapa, esto se mide en kilovatios hora por metro cuadrado (kWh/m2). Día a día, la cantidad probablemente se mediría en unidades de vatios por metro cuadrado (W/m2).

Cuando hablamos de radiación solar, normalmente hablamos de luz visible, que se puede dividir en varias subcategorías diferentes. La luz visible de menor frecuencia es la roja, seguida de la naranja, la amarilla, la verde y la azul. Las frecuencias más altas son el índigo y el violeta. Todo lo que esté por debajo de la luz roja se clasifica como infrarrojo, que significa “antes del rojo” y es invisible para el ojo humano. Todo lo que esté por encima del violeta se denomina ultravioleta, que significa “más allá del violeta”, y también es invisible. Es importante señalar que la “luz visible” es una categoría claramente humana. Algunas serpientes pueden ver infrarrojos y algunas aves incluso pueden detectar ultravioleta.

¿Qué es la radiación solar?

Normalmente te vienen a la mente malos pensamientos cuando piensas en la palabra “radiación”. Pero la radiación solar es en realidad algo muy beneficioso: ¡es la luz del sol! Todos los seres vivos de la Tierra dependen de la luz solar para sobrevivir. Calienta el planeta, proporciona alimento a las plantas y, en general, nos hace sentir muy bien. No sé ustedes, pero creo que estar afuera en un día soleado absorbiendo toda esa energía es una sensación realmente agradable.

La radiación solar es toda la luz y energía que proviene del sol, y existen muchas formas diferentes. El espectro electromagnético explica los diferentes tipos de ondas de luz que emite el sol. Las ondas de luz son similares a las olas que se ven en el océano: se mueven hacia arriba y hacia abajo y viajan de un lugar a otro. La diferencia es que, en lugar de que el agua vibre hacia arriba y hacia abajo, las ondas de luz son vibraciones de campos electromagnéticos, de ahí el nombre de espectro electromagnético.

Tipos de radiación solar

En términos simples, la radiación solar es simplemente luz del sol. Los diferentes tipos de radiación solar, que en realidad son una serie de ondas electromagnéticas, se pueden clasificar por su frecuencia y longitud de onda.

El gráfico de arriba muestra el espectro del sol. Tiene la cantidad de luz solar entrante (en el eje Y) en comparación con la longitud de onda de la luz (en el eje X). El área sombreada en amarillo representa lo que emite el sol, mientras que el área sombreada en naranja representa la luz que atraviesa la atmósfera de la Tierra y llega al suelo. Un vistazo rápido al gráfico revela algunos detalles importantes. Primero, la mayor parte de lo que emite el sol es luz visible. En segundo lugar, también emite algo de luz ultravioleta (UV), que se puede ver en el lado izquierdo del gráfico. Una buena parte de los rayos ultravioleta es bloqueada por la atmósfera, lo que explica por qué hay tan poca zona sombreada en naranja en ese lado. En tercer lugar, podemos ver que el Sol también emite bastante luz infrarroja, y gran parte de ella llega a la superficie de la Tierra, excepto unas pocas longitudes de onda específicas que son absorbidas por las moléculas de la atmósfera.

Rayos infrarrojos

Los rayos infrarrojos se definen como cualquier rayo de luz con una frecuencia más baja que la luz visible, pero una frecuencia más alta que las microondas. Las longitudes de onda de la luz infrarroja oscilan entre 2,5 micrómetros (um) y 750 nanómetros (nm). La luz infrarroja es invisible para los humanos, pero no indetectable. Sentir el calor que irradia un quemador de la estufa, incluso después de apagarlo, es sentir el efecto de la luz infrarroja.

Rayos visibles

Los rayos de luz visibles son el tipo de luz detectable por el ojo humano. Como tales, se pueden encontrar en el centro del espectro electromagnético. Los rayos visibles tienen una frecuencia más alta que la luz infrarroja, pero una frecuencia más baja que la luz ultravioleta. Sus longitudes de onda oscilan aproximadamente entre 400 y 750 nanómetros. Por supuesto, la luz visible también se puede dividir en “colores” según la longitud de onda. La luz roja tiene una longitud de onda de alrededor de 700 nanómetros, la luz naranja mide aproximadamente 600 nanómetros, la amarilla mide alrededor de 550 nanómetros, la verde mide alrededor de 500 nanómetros, la azul mide alrededor de 450 nanómetros y, por último, la violeta mide alrededor de 400 nanómetros, o justo por debajo.

Rayos ultravioleta

Los rayos ultravioleta son un tipo de luz que tiene una frecuencia mayor que la luz visible y, por tanto, son invisibles. Las longitudes de onda de la luz ultravioleta oscilan entre 1 y 400 nanómetros. Sin embargo, no toda la luz ultravioleta es igual. Por encima de los 300 nanómetros, existe un tipo denominado UV-A, que generalmente es inofensivo para los humanos. Por debajo de los 300 nanómetros se encuentra la luz UV-B y UV-C de alta frecuencia, que puede dañar las células humanas. Esto puede provocar quemaduras solares e incluso cáncer de piel en dosis altas o durante períodos prolongados de exposición.

Efectos de la radiación solar en la Tierra

La radiación solar tiene un tremendo impacto en el planeta Tierra. Es responsable del calentamiento diario del planeta, manteniendo nuestros hogares a una temperatura moderada y habitable. Sin el sol, la temperatura de la Tierra sería fría de aproximadamente 300 grados Celsius. No habría calor, ni ciclo del agua ni viento. Por supuesto, no habría luz para ver.

Afortunadamente, existimos en un sistema solar con sol. Se podría decir que el sol es una de las principales razones por las que llegamos a existir; Es difícil imaginar que exista vida en un planeta sin un sol cercano. Sin embargo, el hecho de que tengamos el sol no significa que nuestra temperatura en la Tierra sea completamente estable. La Tierra tiene estaciones, no debido a variaciones en la cantidad de luz solar ni a la distancia entre el Sol y la Tierra, sino debido a la inclinación de la Tierra. Cuando el hemisferio norte está inclinado en dirección opuesta al sol, la luz del sol que incide sobre el suelo lo hace en ángulo. Es menos potente, con una menor densidad energética y experimentamos el invierno del norte. Seis meses después, cuando el hemisferio norte está inclinado hacia el sol, la luz del sol que incide sobre el suelo lo hace de forma más directa. Ahora es más potente, con una densidad energética mucho mayor y vivimos el verano del norte.

La temperatura de la Tierra también se ve afectada por la luz infrarroja saliente que emite la propia Tierra. Parte de esta radiación saliente es absorbida por nuestra atmósfera, atrapando parte del calor. Este fenómeno se conoce como “efecto invernadero”. A medida que los humanos cambiaron la química de la atmósfera terrestre, la Tierra comenzó a calentarse. Esto no se debe a la entrada adicional de luz solar. Más bien, se debe a que parte de la radiación saliente que solía escapar al espacio exterior ahora está siendo absorbida por gases de efecto invernadero adicionales, lo que significa que hay más energía atrapada en la Tierra.

Resumen de los visto hasta ahora

El término radiación solar suele referirse a ondas electromagnéticas; en otras palabras, luz. La radiación solar se presenta en tres tipos principales: luz visible, luz infrarroja y luz ultravioleta. Viaja desde el sol hasta el planeta Tierra. A su llegada, una parte es bloqueada por nuestra atmósfera, pero la mayor parte desciende hasta la superficie de la Tierra. La radiación solar entrante generalmente se mide en kilovatios hora por metro cuadrado (kWh/m^2) o vatios por metro cuadrado (W/m^2).

La luz visible se puede dividir en varias subcategorías diferentes. La luz visible de frecuencia más baja (longitud de onda más larga) es la roja, seguida de la naranja, la amarilla, la verde y la azul. Las frecuencias más altas (longitudes de onda más bajas) incluyen el índigo y el violeta. Todo lo que esté debajo de la luz roja se clasifica como infrarrojo, lo que significa “antes del rojo”. Todo lo que esté por encima de la luz violeta se denomina ultravioleta, que significa “más allá del violeta”. La luz infrarroja se define como cualquier luz con una frecuencia más baja que la luz visible y una longitud de onda entre 2,5 micrómetros (um) y 750 nanómetros (nm). La luz ultravioleta se define como cualquier luz con una frecuencia más alta que la luz visible y una longitud de onda que oscila entre 1 y 400 nanómetros. En conjunto, estos tres tipos de radiación proporcionan la principal fuente de energía para el planeta Tierra. Incluso cuando las estaciones cambian debido a la inclinación de la Tierra, la radiación solar mantiene el planeta a una temperatura cálida y moderada que permite que florezcan las plantas, los animales y otras formas de vida.

La luz es energía en movimiento

Puedes pensar en el espectro como el teclado de un piano. Un extremo del teclado tiene notas bajas mientras que el otro tiene notas altas. Lo mismo ocurre con el espectro electromagnético. Un extremo tiene frecuencias bajas y el otro frecuencias altas. Las ondas de baja frecuencia son ondas de baja energía con una longitud de onda larga. La longitud de la onda en sí es muy larga durante un período de tiempo determinado. Se trata de cosas como el radar, la televisión y las ondas de radio. Las ondas de alta frecuencia son ondas de alta energía con una longitud de onda corta. Esto significa que la longitud de la onda en sí es muy corta durante un período de tiempo determinado. Estos son cosas como los rayos gamma, los rayos X y los rayos ultravioleta.

Puedes pensarlo así: las ondas de baja frecuencia son como subir una colina que se eleva lentamente, mientras que las ondas de alta frecuencia son como subir una colina empinada muy rápidamente. La altura de cada colina es la misma, pero la elevación desciende suavemente en una pendiente más larga o sube rápidamente en una pendiente más corta.

La frecuencia de la onda electromagnética determina cuánta energía transporta. Las ondas electromagnéticas que tienen longitudes de onda más largas y, por lo tanto, frecuencias más bajas, transportan mucha menos energía que aquellas con longitudes de onda más cortas y frecuencias más altas. Por eso los rayos X y la radiación ultravioleta pueden ser peligrosos. Llevan tanta energía que si entran en tu cuerpo, pueden dañar tus células y causar problemas como cáncer y deformidades en el ADN. Cosas como las ondas de radio e infrarrojas, que transportan mucha menos energía, realmente no nos afectan. ¡Esto es bueno porque ciertamente no querrás ponerte en riesgo simplemente encendiendo el estéreo de tu auto!

La luz visible, que es la luz del sol que nosotros y otros animales podemos ver con nuestros ojos, se sitúa casi en el medio del espectro. No podemos ver ninguna otra onda en el espectro (¡que son simplemente formas diferentes de luz!), pero eso no significa que no estén allí.

De hecho, los insectos ven la luz ultravioleta pero no nuestra luz visible. Para ellos las flores son muy diferentes a las que vemos para nosotros, y esto les ayuda a saber qué plantas visitar y de cuáles mantenerse alejados.

Luz solar y temperatura

La radiación solar también afecta la temperatura general de cada planeta de nuestro sistema solar. Nuestro planeta es hospitalario en parte porque está cubierto de agua, pero también por su ubicación en el sistema solar. La Tierra recibe suficiente energía solar, como el plato de avena de Ricitos de Oro: ¡ni demasiado caliente ni demasiado fría!

El ángulo de los rayos del sol también determina nuestros patrones climáticos y estaciones globales. Podría ser útil pensar en una linterna apuntando a la pared. Si apuntas la linterna directamente a la pared, obtendrás un área pequeña donde se concentra toda la luz. Incline la linterna hacia arriba o hacia abajo y la misma cantidad de luz se esparcirá sobre un área más grande de la pared, disminuyendo la cantidad de energía que llega a un punto en particular.

En la Tierra, los rayos del sol llegan al ecuador en un ángulo de aproximadamente 90 grados, lo que significa que toda esa radiación solar se concentra en un área pequeña y la mantiene caliente durante todo el año (como la linterna que apunta directamente). Las regiones polares, sin embargo, reciben la misma cantidad de radiación solar que el ecuador, pero se extiende sobre un área mayor porque el ángulo es mucho menos directo (como la linterna inclinada). Entonces, la misma cantidad de calor cubre un área mayor, lo que hace que estas regiones sean mucho más frías.

A medida que la Tierra gira alrededor del sol cada año, también se inclina, por lo que a veces los rayos del sol son más directos en ciertos lugares que en otros. Esto es lo que crea nuestras estaciones. Es como apuntar la ‘linterna’ del sol directamente a algunas partes de la Tierra durante determinadas épocas del año. Cuando el hemisferio norte está inclinado hacia el sol (recibiendo radiación solar más directa), es verano. Al mismo tiempo, el hemisferio sur está inclinado lejos del sol, por lo que es invierno. Lo contrario ocurre durante las estaciones opuestas. Durante el invierno en el hemisferio norte, esa parte de la Tierra está inclinada hacia el sol, y el hemisferio sur está experimentando verano porque está inclinada hacia el sol y recibe radiación solar más directa.

Lo creas o no, durante el invierno del hemisferio norte, ¡la Tierra está en realidad “más cerca” del sol que durante el verano! Entonces, si bien la distancia ciertamente juega un papel importante, el principal factor que influye en la temperatura es cómo los rayos del sol llegan a la Tierra, no qué tan lejos viajan.

Resumen de la lección

Todo lo que llamamos “luz solar” es en realidad radiación solar. Al igual que las olas en el océano, la luz también viaja en ondas, pero las ondas de luz son vibraciones de campos electromagnéticos.

Debido a esto, se clasifican a lo largo del espectro electromagnético, que clasifica diferentes tipos de ondas de luz como las notas en el teclado de un piano. En un extremo del espectro encontramos ondas de baja frecuencia, como las ondas de radio, las ondas infrarrojas y las de radar. En el otro extremo, encontramos ondas de alta frecuencia, como los rayos gamma, los rayos X y la luz ultravioleta.

La radiación solar juega un papel importante en el clima de la Tierra. Recibimos suficiente luz solar para hacer de la Tierra un lugar agradable para vivir: ni demasiado caliente ni demasiado frío. Sin embargo, la Tierra no se calienta de manera uniforme, razón por la cual, aunque el ecuador y las regiones polares reciben la misma cantidad de radiación solar, tienen temperaturas diferentes.

El ángulo de los rayos del sol también es lo que hace que la Tierra tenga estaciones. A medida que la Tierra orbita alrededor del sol, está inclinada en ángulo. Esto hace que a lo largo del año los rayos del sol incidan en diferentes puntos de la Tierra de forma más directa que en otras épocas. Entonces, aunque el hemisferio norte está más cerca del sol durante el invierno, todavía hace más frío porque está inclinado hacia afuera de él.

Los resultados del aprendizaje

Después de esta lección, podrás:

• Definir la radiación solar y explicar cómo viaja la luz.
• Describir cómo se clasifican las ondas de luz y proporcionar ejemplos en cada extremo del espectro electromagnético.
• Explicar cómo la radiación solar afecta el clima y las estaciones de la Tierra.