Ch−ơng 3 Sự truyền bức xạ khí quyển và khí hậu
3.2 Bản chất của bức xạ điện từ
Bức xạ điện từ có thể xuyên qua hoặc d−ới dạng sóng hoặc d−ới dạng các hạt nhỏ mà nó biểu diễn sự dịch chuyển của năng l−ợng trong không gian. Đối với sự tán xạ của ánh sáng do các hạt nhỏ và bề mặt thì lý thuyết sóng điện từ là thích hợp nhất. Khi xem xét quá trình hấp thụ và phát xạ bức xạ thì một điều hữu ích là cho rằng năng l−ợng bức xạ là những hạt năng l−ợng rời rạc mà ta gọi là photon.
Tốc độ của bức xạ điện từ trong chân khơng là một hằng số c*=3.108
m/s. Điều đó có nghĩa là tần số ν và b−ớc sóng λ t−ơng ứng một − một tỷ lệ nghịch với nhau
λ= = ν c* ; ν = λ c* (3.1)
Những tần số cao t−ơng ứng với các b−ớc sóng ngắn, cịn những tần số thấp t−ơng ứng với các b−ớc sóng dài. Phần lớn thời gian chúng ta sẽ mô tả bức xạ d−ới dạng các b−ớc sóng của nó với đơn vị milimét (mm=10−3m), micromét (àm=10−6
m) hoặc nanomét (nm=10−9m).
Trong khi giải thích hiệu ứng quang điện, Einstein đã thừa nhận rằng năng l−ợng bức xạ tồn tại và lan truyền d−ới dạng các hạt l−ợng tử đ−ợc gọi là photon. Nếu ta cho rằng ánh sáng nh− là những photon, khi đó photon có năng l−ợng Eν tỷ lệ với tần số của nó
ν= =
ν h
E (3.2)
trong đó h = 6.625 x 10−34Js là hằng số Planck. Nh− vậy bức xạ sóng ngắn, tần số cao có năng l−ợng trên một photon lớn hơn so với bức xạ tần số thấp.
Hầu hết năng l−ợng bức xạ mặt trời phát ra nằm trong khoảng giữa các b−ớc sóng 100 nm và 4 àm, bao gồm bức xạ tử ngoại, bức xạ nhìn thấy và bức xạ gần hồng ngoại. 99% phát xạ mặt trời nằm trong phổ bức xạ nhìn thấy (0.4−0.75àm) và gần hồng ngoại (0.75−5àm). Bức xạ tử ngoại chỉ chiếm d−ới 1% tổng số, nh−ng dù sao nó là quan trọng vì sự ảnh h−ởng của nó trong khí quyển tầng cao và vì nó gây nguy hại cho sự sống khi xuống tới bề mặt. Năng l−ợng phát xạ của trái đất hầu nh− nằm toàn bộ trong khoảng 4−200àm và bởi vậy hoàn toàn là hồng ngoại nhiệt.