ضوء الشمس

ضوء الشمس هو جزء من الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي تنبعثه الشمس ، وخاصة الأشعة تحت الحمراء والمرئية والأشعة فوق البنفسجية . على الأرض ، ينتشر ضوء الشمس ويمر عبر الغلاف الجوي للأرض كضوء النهار عندما تكون الشمس فوق الأفق . عندما لا يتم حجب الإشعاع الشمسي المباشر بواسطة السحب ، يتم الشعور به على أنه ضوء شمس ، وهو مزيج من الضوء الساطع والحرارة المشعة (الجوية). عندما يتم حجبه بواسطة السحب أو انعكاسه عن أجسام أخرى ، ينتشر ضوء الشمس . تقدر المصادر متوسطًا عالميًا يتراوح بين 164 وات إلى 340 وات ^[1] لكل متر مربع على مدار يوم من 24 ساعة؛ ^[2] تقدر وكالة ناسا هذا الرقم بحوالي ربع متوسط ​​إجمالي الإشعاع الشمسي للأرض .

للأشعة فوق البنفسجية الموجودة في ضوء الشمس تأثيرات صحية إيجابية وسلبية، حيث أنها ضرورية لتخليق فيتامين د ₃ ومسببة للطفرات .

يستغرق ضوء الشمس حوالي 8.3 دقيقة للوصول إلى الأرض من سطح الشمس. ^[3] يستغرق الفوتون الذي يبدأ من مركز الشمس ويغير اتجاهه في كل مرة يواجه فيها جسيمًا مشحونًا ما بين 10000 و 170000 عام للوصول إلى السطح. ^[4]

ضوء الشمس هو عامل رئيسي في عملية التمثيل الضوئي ، وهي العملية التي تستخدمها النباتات والكائنات الحية ذاتية التغذية الأخرى لتحويل طاقة الضوء ، عادة من الشمس، إلى طاقة كيميائية يمكن استخدامها لتصنيع الكربوهيدرات وتغذية أنشطة الكائنات الحية.

الإضاءة الطبيعية هي الإضاءة الطبيعية للمساحات الداخلية من خلال السماح لأشعة الشمس بالدخول. الإشعاع الشمسي هو الطاقة الشمسية المتاحة من ضوء الشمس.

يمكن للباحثين قياس شدة ضوء الشمس باستخدام مسجل أشعة الشمس أو مقياس الإشعاع الشمسي أو مقياس البيرلايومتر . لحساب كمية ضوء الشمس التي تصل إلى الأرض، يجب أخذ كل من انحراف مدار الأرض الإهليلجي والتوهين الناجم عن الغلاف الجوي للأرض في الاعتبار. يتم إعطاء الإضاءة الشمسية خارج الأرض ( E _ext )، المصححة للمدار الإهليلجي باستخدام رقم اليوم في السنة (dn)، إلى تقريب جيد بواسطة ^[5]

${\displaystyle E_{\rm {ext}}=E_{\rm {sc}}\cdot \left(1+0.033412\cdot \cos \left(2\pi {\frac {{\rm {dn}}-3}{365}}\right)\right),}$

حيث dn=1 في 1 يناير؛ dn=32 في 1 فبراير؛ dn=59 في 1 مارس (باستثناء السنوات الكبيسة، حيث dn=60)، إلخ. في هذه الصيغة، يتم استخدام dn–3، لأنه في العصر الحديث، يحدث الحضيض الشمسي للأرض ، وهو أقرب اقتراب من الشمس، وبالتالي، فإن الحد الأقصى لـ E _ext يحدث حوالي 3 يناير من كل عام. يتم تحديد قيمة 0.033412 مع العلم أن النسبة بين الحضيض الشمسي (0.98328989 وحدة فلكية) مربع والأوج (1.01671033 وحدة فلكية) مربع يجب أن تكون تقريبًا 0.935338.

ثابت الإضاءة الشمسية ( E _sc ) يساوي 128×10 ³  لوكس . الإضاءة العمودية المباشرة ( E _dn )، المصححة للتأثيرات المخففة للغلاف الجوي، تعطى بالمعادلة التالية:

${\displaystyle E_{\rm {dn}}=E_{\rm {ext}}\,e^{-cm},}$

حيث c هو الانقراض الجوي و m هي الكتلة الهوائية الضوئية النسبية . يؤدي الانقراض الجوي إلى خفض عدد اللوكس إلى حوالي 100000 لوكس.

يعتمد إجمالي كمية الطاقة المستلمة عند مستوى الأرض من الشمس في سمت الرأس على المسافة إلى الشمس وبالتالي على الوقت من السنة. إنه أعلى بنحو 3.3٪ من المتوسط ​​في يناير وأقل بنحو 3.3٪ في يوليو (انظر أدناه). إذا كان الإشعاع الشمسي خارج الأرض 1367 واط لكل متر مربع (القيمة عندما تكون مسافة الأرض والشمس وحدة فلكية واحدة )، فإن ضوء الشمس المباشر على سطح الأرض عندما تكون الشمس في سمت الرأس يكون حوالي 1050 واط / م ² ، ولكن الكمية الإجمالية (المباشرة وغير المباشرة من الغلاف الجوي) التي تصل إلى الأرض تبلغ حوالي 1120 واط / م 2. ^{[ 6]} من حيث الطاقة، فإن ضوء الشمس على سطح الأرض حوالي 52 إلى 55 في المائة من الأشعة تحت الحمراء (فوق 700 نانومتر )، و 42 إلى 43 في المائة مرئية (400 إلى 700 نانومتر)، و 3 إلى 5 في المائة فوق البنفسجية (أقل من 400 نانومتر). ^[7] في الجزء العلوي من الغلاف الجوي، يكون ضوء الشمس أكثر كثافة بنحو 30%، ويحتوي على حوالي 8% من الأشعة فوق البنفسجية (UV)، ^[8] حيث تتكون معظم الأشعة فوق البنفسجية الزائدة من الأشعة فوق البنفسجية قصيرة الموجة الضارة بيولوجيًا. ^[9]

تبلغ كفاءة ضوء الشمس المباشر حوالي 93  لومن لكل واط من التدفق الإشعاعي . وهذا أعلى من كفاءة (المصدر) للإضاءة الاصطناعية بخلاف مصابيح LED ، مما يعني أن استخدام ضوء الشمس للإضاءة يسخن الغرفة بدرجة أقل من الإضاءة الفلورية أو المتوهجة. يشير ضرب الرقم 1050 واط لكل متر مربع في 93 لومن لكل واط إلى أن ضوء الشمس الساطع يوفر إضاءة تبلغ حوالي 98000 لوكس ( لومن لكل متر مربع) على سطح عمودي عند مستوى سطح البحر. ستكون إضاءة السطح الأفقي أقل بكثير من هذا إذا لم تكن الشمس مرتفعة جدًا في السماء. بمتوسط ​​​​يوم واحد، يحدث أعلى قدر من ضوء الشمس على سطح أفقي في يناير عند القطب الجنوبي (انظر الإشعاع الشمسي ).

إن قسمة إشعاع 1050 واط/م ² على حجم قرص الشمس بالستراديانات يعطي إشعاعًا متوسطًا يبلغ 15.4 ميغاواط/م2 لكل ستراديان. (ومع ذلك، فإن الإشعاع في مركز قرص الشمس أعلى إلى حد ما من المتوسط ​​على القرص بالكامل بسبب تعتيم الأطراف .) إن ضرب هذا في π يعطي حدًا أعلى للإشعاع الذي يمكن تركيزه على سطح باستخدام المرايا: 48.5 ميغاواط/م ² . ^[10]

يمكن مقارنة طيف الإشعاع الشمسي للشمس بطيف الجسم الأسود ^{[11] [} 12 ^] بدرجة حرارة تبلغ حوالي 5800  كلفن ^[13] (انظر الرسم البياني). تصدر الشمس إشعاعًا كهرومغناطيسيًا عبر معظم الطيف الكهرومغناطيسي . على الرغم من أن الإشعاع الناتج عن نواة الشمس يتكون في الغالب من الأشعة السينية ، فإن الامتصاص الداخلي والتحويل الحراري يحولان هذه الفوتونات عالية الطاقة إلى فوتونات منخفضة الطاقة قبل أن تصل إلى سطح الشمس وتنبعث إلى الفضاء. ونتيجة لذلك، لا تصدر الغلاف الضوئي للشمس الكثير من الإشعاع السينية ( الأشعة السينية الشمسية )، على الرغم من أنها تصدر "إشعاعات قوية" مثل الأشعة السينية وحتى أشعة جاما أثناء التوهجات الشمسية . ^[14] تصدر الشمس الهادئة (غير المتوهجة)، بما في ذلك هالتها ، مجموعة واسعة من الأطوال الموجية: الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء والموجات الراديوية . ^[15] تختلف درجات الحرارة في الأعماق المختلفة في الغلاف الضوئي، وهذا يفسر جزئيًا الانحرافات عن طيف الجسم الأسود. ^[16]

هناك أيضًا تدفق لأشعة جاما من الشمس الساكنة، يخضع لقانون القوة بين 0.5 و2.6 تيرا إلكترون فولت . بعض أشعة جاما ناتجة عن تفاعل الأشعة الكونية مع الغلاف الجوي الشمسي، لكن هذا لا يفسر هذه النتائج. ^{[17] [18] [19]}

العلامة المباشرة الوحيدة للعمليات النووية في قلب الشمس هي من خلال النيوترينوات المتفاعلة بشكل ضعيف للغاية .

على الرغم من أن الهالة الشمسية هي مصدر للأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية الشديدة ، فإن هذه الأشعة لا تشكل سوى كمية صغيرة جدًا من ناتج الطاقة للشمس (انظر الطيف على اليمين). يمتد طيف كل الإشعاع الكهرومغناطيسي الشمسي تقريبًا الذي يضرب الغلاف الجوي للأرض على مدى يتراوح من 100  نانومتر إلى حوالي 1  مم (1000000 نانومتر). ^{[ بحاجة لمصدر ]} يمكن تقسيم نطاق قوة الإشعاع الكبيرة هذا إلى خمس مناطق بترتيب تصاعدي للأطوال الموجية : ^[20]

• الأشعة فوق البنفسجية C أو (UVC) والتي تمتد على مدى من 100 إلى 280 نانومتر. يشير مصطلح الأشعة فوق البنفسجية إلى حقيقة أن الإشعاع يكون بتردد أعلى من الضوء البنفسجي (وبالتالي، فهو غير مرئي للعين البشرية أيضًا ). وبسبب الامتصاص بواسطة الغلاف الجوي، يصل القليل جدًا إلى سطح الأرض. يتمتع هذا الطيف من الإشعاع بخصائص مبيدة للجراثيم ، كما هو مستخدم في المصابيح المبيدة للجراثيم .
• يمتد نطاق الأشعة فوق البنفسجية B أو (UVB) من 280 إلى 315 نانومتر. كما يتم امتصاصها بشكل كبير بواسطة الغلاف الجوي للأرض، جنبًا إلى جنب مع الأشعة فوق البنفسجية C تسبب التفاعل الكيميائي الضوئي الذي يؤدي إلى إنتاج طبقة الأوزون . إنها تلحق الضرر المباشر بالحمض النووي وتسبب حروق الشمس . ^[21] بالإضافة إلى هذا التأثير قصير المدى، فإنها تعزز شيخوخة الجلد وتعزز بشكل كبير تطور سرطان الجلد، ^[22] ولكنها مطلوبة أيضًا لتخليق فيتامين د في جلد الثدييات. ^[21]
• الأشعة فوق البنفسجية A أو (UVA) تمتد من 315 إلى 400 نانومتر. كان يُعتقد ذات يوم أن هذا النطاق ^{أقل ضررًا للحمض} النووي ، وبالتالي يتم استخدامه في تسمير البشرة الاصطناعي التجميلي ( أكشاك التسمير وأسرة التسمير ) وعلاج PUVA للصدفية . ومع ذلك، من المعروف الآن أن الأشعة فوق البنفسجية A تسبب ضررًا كبيرًا للحمض النووي عبر طرق غير مباشرة (تكوين الجذور الحرة وجزيئات الأكسجين التفاعلية )، ويمكن أن تسبب السرطان. ^[23]
• يتراوح مدى الضوء المرئي بين 380 إلى 700 نانومتر. ^{[24] وكما يوحي الاسم،} فإن هذا المدى مرئي للعين المجردة. وهو أيضًا أقوى نطاق ناتج من طيف الإشعاع الكلي للشمس.
• نطاق الأشعة تحت الحمراء الذي يمتد من 700 نانومتر إلى 1,000,000 نانومتر (1  مم ). ويشكل جزءًا مهمًا من الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يصل إلى الأرض. ويقسم العلماء نطاق الأشعة تحت الحمراء إلى ثلاثة أنواع على أساس الطول الموجي:
  • الأشعة تحت الحمراء-أ: 700 نانومتر إلى 1400 نانومتر
  • الأشعة تحت الحمراء-ب: 1400 نانومتر إلى 3000 نانومتر
  • الأشعة تحت الحمراء-C: 3000 نانومتر إلى 1 ملم.

تظهر على شبكة الإنترنت جداول الإشعاع الشمسي المباشر على منحدرات مختلفة من 0 إلى 60 درجة شمالاً، بالسعرات الحرارية لكل سنتيمتر مربع، والتي أصدرتها في عام 1972 محطة تجارب الغابات والمراعي في شمال غرب المحيط الهادئ، دائرة الغابات، وزارة الزراعة الأمريكية، بورتلاند، أوريجون، الولايات المتحدة الأمريكية. ^[25]

تتلقى الأجسام المختلفة في النظام الشمسي ضوءًا بكثافة تتناسب عكسياً مع مربع المسافة بينها وبين الشمس.

جدول يقارن كمية الإشعاع الشمسي التي يتلقاها كل كوكب في النظام الشمسي عند أعلى غلافه الجوي: ^[26]

كوكب أو كوكب قزم	المسافة ( AU )		الإشعاع الشمسي (وات/م 2 )
	الحضيض	الأوج	الحد الأقصى	الحد الأدنى
الزئبق	0.3075	0.4667	14,446	6,272
الزهرة	0.7184	0.7282	2,647	2,576
أرض	0.9833	1.017	1,413	1,321
المريخ	1.382	1.666	715	492
كوكب المشترى	4.950	5.458	55.8	45.9
زحل	9.048	10.12	16.7	13.4
أورانوس	18.38	20.08	4.04	3.39
نبتون	29.77	30.44	1.54	1.47
بلوتو	29.66	48.87	1.55	0.57

تعتمد درجة سطوع ضوء الشمس الفعلية التي يمكن ملاحظتها على السطح أيضًا على وجود الغلاف الجوي وتكوينه . على سبيل المثال، يعكس الغلاف الجوي السميك لكوكب الزهرة أكثر من 60% من ضوء الشمس الذي يتلقاه. تبلغ الإضاءة الفعلية للسطح حوالي 14000 لوكس، وهو ما يضاهي الإضاءة على الأرض "في النهار مع السحب الملبدة بالغيوم". ^[27]

إن ضوء الشمس على المريخ سيكون أشبه بضوء النهار على الأرض خلال يوم غائم قليلاً، وكما يمكن أن نرى في الصور التي التقطتها المركبات الجوالة، فإن هناك ما يكفي من الإشعاع السماوي المنتشر بحيث لا تبدو الظلال داكنة بشكل خاص. وبالتالي، فإنه يعطي تصورات و"شعورًا" يشبه إلى حد كبير ضوء النهار على الأرض. الطيف على السطح أكثر احمرارًا قليلاً من الطيف على الأرض، بسبب التشتت بواسطة الغبار المحمر في الغلاف الجوي للمريخ.

للمقارنة، يكون ضوء الشمس على زحل أكثر سطوعًا قليلاً من ضوء الشمس على الأرض عند غروب الشمس أو شروقها المتوسط. حتى على بلوتو، لا يزال ضوء الشمس ساطعًا بما يكفي ليتناسب تقريبًا مع غرفة المعيشة المتوسطة. لرؤية ضوء الشمس خافتًا مثل ضوء القمر الكامل على الأرض، هناك حاجة إلى مسافة حوالي 500 وحدة فلكية (~69  ساعة ضوئية )؛ تم اكتشاف عدد قليل فقط من الأجسام في النظام الشمسي والتي من المعروف أنها تدور أبعد من هذه المسافة، من بينها 90377 Sedna و (87269) 2000 OO 67 .

على الأرض، يتغير الإشعاع الشمسي مع زاوية الشمس فوق الأفق ، مع مدة أطول لضوء الشمس عند خطوط العرض العالية خلال الصيف، ويتغير إلى عدم وجود ضوء الشمس على الإطلاق في الشتاء بالقرب من القطب ذي الصلة. عندما لا يتم حجب الإشعاع المباشر بواسطة السحب، يتم الشعور به على أنه ضوء شمس . يعتمد ارتفاع درجة حرارة الأرض (والأجسام الأخرى) على امتصاص الإشعاع الكهرومغناطيسي في شكل حرارة .

تختلف كمية الإشعاع التي يعترضها جسم كوكبي عكسيا مع مربع المسافة بين النجم والكوكب. يتغير مدار الأرض وميلانها مع الوقت (على مدى آلاف السنين)، ويشكلان في بعض الأحيان دائرة شبه مثالية، وفي أحيان أخرى يمتدان إلى انحراف مداري بنسبة 5٪ (حاليًا 1.67٪). مع تغير الانحراف المداري، لا يتغير متوسط ​​المسافة من الشمس ( المحور شبه الرئيسي) بشكل كبير، وبالتالي يظل إجمالي الإشعاع الشمسي على مدار عام ثابتًا تقريبًا بسبب قانون كبلر الثاني ،

${\displaystyle {\tfrac {2A}{r^{2}}}dt=d\theta ,}$

حيث تكون قيمة "السرعة المساحية" ثابتة. أي أن التكامل على مدار الفترة المدارية (ثابت أيضًا) هو ثابت. ${\displaystyle A}$

${\displaystyle \int _{0}^{T}{\tfrac {2A}{r^{2}}}dt=\int _{0}^{2\pi }d\theta =\mathrm {constant} .}$

إذا افترضنا أن طاقة الإشعاع الشمسي  P ثابتة بمرور الوقت والإشعاع الشمسي المعطى بقانون التربيع العكسي ، فإننا نحصل أيضًا على متوسط ​​الإشعاع الشمسي ثابتًا. ومع ذلك، فإن التوزيع الموسمي والعرضي وكثافة الإشعاع الشمسي الذي يتم استقباله على سطح الأرض يختلفان. ^[28] يؤدي تأثير زاوية الشمس على المناخ إلى تغير الطاقة الشمسية في الصيف والشتاء. على سبيل المثال، عند خطوط العرض 65 درجة، يمكن أن يختلف هذا بنسبة تزيد عن 25٪ نتيجة لتغير مدار الأرض. نظرًا لأن التغييرات في الشتاء والصيف تميل إلى التعويض، فإن التغيير في متوسط ​​الإشعاع الشمسي السنوي في أي مكان معين يقترب من الصفر، لكن إعادة توزيع الطاقة بين الصيف والشتاء تؤثر بشدة على شدة الدورات الموسمية. تعتبر مثل هذه التغييرات المرتبطة بإعادة توزيع الطاقة الشمسية سببًا محتملًا لمجيء وذهاب العصور الجليدية الأخيرة (انظر: دورات ميلانكوفيتش ).

بدأت عمليات الرصد الفضائي للإشعاع الشمسي في عام 1978. وتُظهر هذه القياسات أن الثابت الشمسي ليس ثابتًا. فهو يتغير على العديد من المقاييس الزمنية، بما في ذلك دورة البقع الشمسية التي تستمر 11 عامًا. ^[29] وعند العودة إلى الوراء في الزمن، يتعين على المرء الاعتماد على عمليات إعادة بناء الإشعاع، باستخدام البقع الشمسية على مدار 400 عام الماضية أو النويدات المشعة الكونية للعودة إلى الوراء 10000 عام. وقد تم إجراء عمليات إعادة البناء هذه. ^{[30] [31] [32] [33]} وتُظهر هذه الدراسات أنه بالإضافة إلى تغير الإشعاع الشمسي مع الدورة الشمسية (دورة (شواب))، يتغير النشاط الشمسي مع دورات أطول، مثل الدورة المقترحة التي تستمر 88 عامًا (دورة جليسبيرج) و208 عامًا (دورة ديفريز) و1000 عام (دورة إيدي).

الثابت الشمسي هو مقياس لكثافة التدفق ، وهو كمية الإشعاع الكهرومغناطيسي الشمسي الوارد لكل وحدة مساحة والتي ستسقط على مستوى عمودي على الأشعة، على مسافة وحدة فلكية واحدة (تقريبًا متوسط ​​المسافة من الشمس إلى الأرض). يشمل "الثابت الشمسي" جميع أنواع الإشعاع الشمسي، وليس فقط الضوء المرئي . كان يُعتقد أن متوسط ​​قيمته حوالي 1366 واط/م ² ، ^[34] وتختلف قليلاً مع النشاط الشمسي ، لكن عمليات إعادة المعايرة الأخيرة لملاحظات الأقمار الصناعية ذات الصلة تشير إلى أن القيمة الأقرب إلى 1361 واط/م ² أكثر واقعية. ^[35]

منذ عام 1978، قامت سلسلة من تجارب الأقمار الصناعية المتداخلة لوكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية بقياس إجمالي الإشعاع الشمسي (TSI) - كمية الإشعاع الشمسي المستقبلة في الجزء العلوي من الغلاف الجوي للأرض - بمقدار 1.365 كيلو واط لكل متر مربع (كيلو واط / م ² ). ^{[34] [36] [37] [38]} تستمر ملاحظات TSI مع تجارب الأقمار الصناعية ACRIMSAT / ACRIM3 و SOHO / VIRGO و SORCE / TIM. ^[39] كشفت الملاحظات عن تباين TSI على العديد من المقاييس الزمنية، بما في ذلك الدورة المغناطيسية الشمسية ^[29] والعديد من الدورات الدورية الأقصر. ^[40] يوفر TSI الطاقة التي تحرك مناخ الأرض، لذا فإن استمرار قاعدة بيانات السلاسل الزمنية TSI أمر بالغ الأهمية لفهم دور التباين الشمسي في تغير المناخ.

منذ عام 2003، راقب جهاز مراقبة الإشعاع الطيفي SORCE (SIM) الإشعاع الشمسي الطيفي (SSI) - التوزيع الطيفي لـ TSI. تشير البيانات إلى أن SSI عند طول موجة الأشعة فوق البنفسجية يتوافق بشكل أقل وضوحًا، وربما أكثر تعقيدًا، مع استجابات مناخ الأرض مما كان يُفترض سابقًا، مما يغذي طرقًا واسعة للبحث الجديد في "العلاقة بين الشمس والستراتوسفير والتروبوسفير والمحيط الحيوي والمحيط ومناخ الأرض". ^[41]

يعتمد طيف الإضاءة السطحية على ارتفاع الشمس بسبب التأثيرات الجوية، حيث يهيمن المكون الطيفي الأزرق أثناء الشفق قبل وبعد شروق الشمس وغروبها على التوالي، ويهيمن اللون الأحمر أثناء شروق الشمس وغروبها. تظهر هذه التأثيرات في التصوير بالضوء الطبيعي حيث يكون المصدر الرئيسي للإضاءة هو ضوء الشمس كما يتوسطه الغلاف الجوي.

في حين يتم تحديد لون السماء عادةً من خلال تشتت رايلي ، إلا أن هناك استثناء يحدث عند غروب الشمس والشفق. "الامتصاص التفضيلي لأشعة الشمس بواسطة الأوزون عبر مسارات الأفق الطويلة يعطي سماء سمت الرأس زرقة عندما تكون الشمس بالقرب من الأفق". ^[42]

يمكن القول أن الشمس تضيء ، وهو مقياس للضوء ضمن نطاق حساسية محدد. العديد من الحيوانات (بما في ذلك البشر) لديها نطاق حساسية يبلغ حوالي 400-700 نانومتر، ^[43] وفي ظل الظروف المثلى فإن الامتصاص والتشتت بواسطة الغلاف الجوي للأرض ينتج إضاءة تقترب من مصدر إضاءة متساوي الطاقة لمعظم هذا النطاق. ^[44] النطاق المفيد لرؤية الألوان عند البشر، على سبيل المثال، هو حوالي 450-650 نانومتر. وبصرف النظر عن التأثيرات التي تنشأ عند غروب الشمس وشروقها، يتغير التركيب الطيفي في المقام الأول فيما يتعلق بمدى قدرة ضوء الشمس على الإضاءة بشكل مباشر. عندما تكون الإضاءة غير مباشرة، فإن تشتت رايلي في الغلاف الجوي العلوي سيؤدي إلى هيمنة الأطوال الموجية الزرقاء. ينتج بخار الماء في الغلاف الجوي السفلي المزيد من التشتت وسيمتص الأوزون والغبار وجزيئات الماء أيضًا أطوال موجية معينة. ^{[45] [46]}

يعتمد وجود كل أشكال الحياة تقريبًا على الأرض على ضوء الشمس. تستخدم معظم الكائنات ذاتية التغذية ، مثل النباتات، طاقة ضوء الشمس، مع ثاني أكسيد الكربون والماء، لإنتاج سكريات بسيطة - وهي العملية المعروفة باسم التمثيل الضوئي . تُستخدم هذه السكريات بعد ذلك كمواد بناء وفي مسارات اصطناعية أخرى تسمح للكائن الحي بالنمو.

تستخدم الكائنات غيرية التغذية ، مثل الحيوانات، ضوء الشمس بشكل غير مباشر عن طريق استهلاك منتجات الكائنات ذاتية التغذية، إما عن طريق استهلاك الكائنات ذاتية التغذية، أو عن طريق استهلاك منتجاتها، أو عن طريق استهلاك كائنات غيرية التغذية أخرى. ثم يتم تكسير السكريات والمكونات الجزيئية الأخرى التي تنتجها الكائنات ذاتية التغذية، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة الشمسية المخزنة، وإعطاء الكائنات غيرية التغذية الطاقة اللازمة للبقاء. تُعرف هذه العملية باسم التنفس الخلوي .

في عصور ما قبل التاريخ ، بدأ البشر في توسيع هذه العملية بشكل أكبر من خلال استخدام المواد النباتية والحيوانية في استخدامات أخرى. فقد استخدموا جلود الحيوانات للتدفئة، على سبيل المثال، أو الأسلحة الخشبية للصيد. وقد سمحت هذه المهارات للبشر بحصاد المزيد من ضوء الشمس مقارنة بما كان ممكنًا من خلال تحلل الجلوكوز وحده، وبدأ عدد السكان البشري في النمو.

خلال الثورة الزراعية ، أدى تدجين النباتات والحيوانات إلى زيادة قدرة الإنسان على الوصول إلى الطاقة الشمسية. وتم إثراء الحقول المخصصة للمحاصيل بالمواد النباتية غير الصالحة للأكل، مما وفر السكريات والعناصر الغذائية للحصاد في المستقبل. أما الحيوانات التي كانت في السابق تزود البشر باللحوم والأدوات فقط بمجرد قتلها، فقد تم استخدامها الآن للعمل طوال حياتها، وتتغذى على الأعشاب غير الصالحة للأكل. الوقود الأحفوري هو بقايا المواد النباتية والحيوانية القديمة، والتي تشكلت باستخدام الطاقة من ضوء الشمس ثم حبسها داخل الأرض لملايين السنين.

يعتبر تأثير ضوء الشمس ذا أهمية في الرسم ، ويتجلى ذلك على سبيل المثال في أعمال إدوارد مانيه وكلود مونيه في المشاهد الخارجية والمناظر الطبيعية.

يجد العديد من الأشخاص أن ضوء الشمس المباشر شديد السطوع لدرجة أنه لا يريحهم؛ في الواقع، يمكن أن يؤدي النظر مباشرة إلى الشمس إلى تلف الرؤية على المدى الطويل. ^[47] للتعويض عن سطوع ضوء الشمس، يرتدي العديد من الأشخاص النظارات الشمسية . السيارات ، والعديد من الخوذات والقبعات مجهزة بواقي لمنع الشمس من الرؤية المباشرة عندما تكون الشمس بزاوية منخفضة. غالبًا ما يتم منع أشعة الشمس من دخول المباني من خلال استخدام الجدران أو ستائر النوافذ أو المظلات أو المصاريع أو الستائر أو أشجار الظل القريبة . التعرض لأشعة الشمس ضروري بيولوجيًا لإنتاج فيتامين د في الجلد، وهو مركب حيوي ضروري لتقوية العظام والعضلات في الجسم.

في العديد من الديانات العالمية، مثل الهندوسية ، تعتبر الشمس إلهًا ، لأنها مصدر الحياة والطاقة على الأرض. كما كانت تعتبر الشمس إلهًا في مصر القديمة .

This section does not cite any sources. Please help improve this section by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. (January 2015) (Learn how and when to remove this message)

حمامات الشمس هي نشاط ترفيهي شائع حيث يجلس الشخص أو يستلقي في ضوء الشمس المباشر. غالبًا ما يستحم الناس في أماكن مريحة حيث يوجد ضوء الشمس الكافي. تشمل بعض الأماكن الشائعة لحمامات الشمس الشواطئ وحمامات السباحة في الهواء الطلق والحدائق والمقاهي على الأرصفة . يرتدي المتشمسون عادةً كميات محدودة من الملابس أو يذهب بعضهم عراة . بالنسبة للبعض، يعد استخدام سرير التشمس الذي يولد ضوءًا فوق بنفسجيًا ويمكن استخدامه في الداخل بغض النظر عن الظروف الجوية بديلاً لحمامات الشمس. تم حظر أسرة التسمير في عدد من الدول في العالم.

بالنسبة للعديد من الأشخاص ذوي البشرة الفاتحة، فإن أحد أغراض حمامات الشمس هو تغميق لون البشرة (الحصول على سمرة)، حيث يُعتبر هذا في بعض الثقافات جذابًا، ويرتبط بالأنشطة الخارجية والإجازات/العطلات ، والصحة. يفضل بعض الأشخاص حمامات الشمس عراة حتى يمكن الحصول على سمرة "كاملة" أو "متساوية"، وأحيانًا كجزء من نمط حياة معين.

لقد تم استخدام العلاج الشمسي المتحكم به ، أو حمامات الشمس، كعلاج لمرض الصدفية وأمراض أخرى.

يتم الحصول على اسمرار الجلد عن طريق زيادة الصبغة الداكنة داخل خلايا الجلد والتي تسمى الخلايا الصبغية ، وهي آلية استجابة تلقائية للجسم للتعرض الكافي للأشعة فوق البنفسجية من الشمس أو من المصابيح الشمسية الاصطناعية. وبالتالي، يختفي الاسمرار تدريجيًا مع مرور الوقت، عندما لا يتعرض الشخص لهذه المصادر.

للأشعة فوق البنفسجية في ضوء الشمس تأثيرات صحية إيجابية وسلبية، حيث أنها مصدر رئيسي لفيتامين د ₃ ومسبب للطفرات . ^[48] يمكن للمكملات الغذائية توفير فيتامين د دون هذا التأثير المسبب للطفرات، ^[49] ولكنها تتجاوز الآليات الطبيعية التي من شأنها منع الجرعات الزائدة من فيتامين د المتولد داخليًا من ضوء الشمس. يحتوي فيتامين د على مجموعة واسعة من التأثيرات الصحية الإيجابية، والتي تشمل تقوية العظام ^[50] وربما تثبيط نمو بعض أنواع السرطان. ^{[51] [52]} كما ارتبط التعرض لأشعة الشمس بتوقيت تخليق الميلاتونين ، والحفاظ على الإيقاعات اليومية الطبيعية ، وتقليل خطر الإصابة بالاضطراب العاطفي الموسمي . ^[53]

من المعروف أن التعرض لأشعة الشمس لفترات طويلة يرتبط بتطور سرطان الجلد ، وشيخوخة الجلد ، وقمع المناعة ، وأمراض العيون مثل إعتام عدسة العين والتنكس البقعي . ^[54] التعرض المفرط قصير المدى هو سبب حروق الشمس ، والعمى الثلجي ، واعتلال الشبكية الشمسي .

الأشعة فوق البنفسجية، وبالتالي ضوء الشمس والمصابيح الشمسية، هي المواد المسرطنة الوحيدة المدرجة التي يُعرف أنها لها فوائد صحية، ^[55] ويذكر عدد من منظمات الصحة العامة أنه يجب أن يكون هناك توازن بين مخاطر التعرض لأشعة الشمس الزائدة أو القليلة. ^[56] هناك إجماع عام على أنه يجب دائمًا تجنب حروق الشمس.

تُظهِر البيانات الوبائية أن الأشخاص الذين يتعرضون لأشعة الشمس بشكل أكبر يكونون أقل عرضة لارتفاع ضغط الدم والوفيات المرتبطة بأمراض القلب والأوعية الدموية. وفي حين أن أشعة الشمس (وأشعة الشمس فوق البنفسجية) تشكل عامل خطر للإصابة بسرطان الجلد، فإن "تجنب أشعة الشمس قد يكون له تكلفة أكبر من الفائدة فيما يتعلق بالصحة الجيدة بشكل عام". ^[57] وجدت دراسة أنه لا يوجد دليل على أن الأشعة فوق البنفسجية تقلل من متوسط ​​العمر المتوقع على النقيض من عوامل الخطر الأخرى مثل التدخين والكحول وارتفاع ضغط الدم. ^[57]

تزيد جرعات الأشعة فوق البنفسجية الشمسية المرتفعة من تكرار إعادة تركيب الحمض النووي في نبات أرابيدوبسيس ثاليانا والتبغ ( نيكوتيانا تاباكوم ). ^[58] تصاحب هذه الزيادات تحفيز قوي لإنزيم له دور رئيسي في إصلاح تلف الحمض النووي عن طريق إعادة التركيب. وبالتالي فإن مستوى الأشعة فوق البنفسجية الشمسية الأرضية يؤثر على الأرجح على استقرار الجينوم في النباتات.

• هارتمان، توم (1998). الساعات الأخيرة من ضوء الشمس القديم . لندن: هودر وستوتون. ISBN 0-340-82243-0 . 

• الوسائط المتعلقة بـ ضوء الشمس في ويكيميديا ​​كومنز
• الإشعاع الشمسي – موسوعة الأرض
• متوسط ​​بيانات الإشعاع الشمسي الإجمالي اليومي (TSI) على موقع مركز البيانات الجيوفيزيائية الوطني
• إنشاء سلسلة زمنية مركبة للإشعاع الشمسي الكلي (TSI) من عام 1978 حتى الوقت الحاضر بواسطة مركز الإشعاع العالمي، المرصد الفيزيائي للأرصاد الجوية في دافوس (pmod wrc)
• مقارنة بين طرق توفير بيانات الإشعاع الشمسي لنماذج المحاصيل وأنظمة دعم القرار، ريفينجتون وآخرون.
• تقييم ثلاثة تقديرات نموذجية للإشعاع الشمسي في 24 محطة بالمملكة المتحدة، ريفينجتون وآخرون.
• طيف عالي الدقة للإشعاع الشمسي من مرصد باريس
• قياس الإشعاع الشمسي: خطة درس من المكتبة الرقمية الوطنية للعلوم.
• معلومات فلكية من Websurf: أدوات عبر الإنترنت لحساب أوقات شروق وغروب الشمس أو القمر أو الكوكب، وسمت الشمس أو القمر أو الكوكب عند الشروق والغروب، وارتفاع وسمت الشمس أو القمر أو الكوكب لتاريخ معين أو نطاق من التواريخ، والمزيد.
• مصنف Excel مع حاسبة لسلسلة زمنية لموقع الشمس والإشعاع الشمسي؛ بقلم جريج بيليتييه
• معيار ASTM لطيف الطاقة الشمسية على مستوى الأرض في الولايات المتحدة (خط العرض ~37 درجة).
• طيف مفصل للشمس في صورة اليوم الفلكية.