Bức xạ mặt trời truyền trong không gian bên ngoài mặt trời là một phổ rộng trong đó cực đại của cường độ bức xạ nằm trong dải 10-1 -10μm và hầu như một nửa tổng năng lượng mặt trời tập trung trong khoảng bước sóng 0,38 - 0,78μm đó là vùng nhìn thấy của phổ.
Hình 3.2. Dải bức xạ điện từ.
Khi bức xạ mặt trời truyền qua lớp khí quyển bao bọc quanh trái đất thì các chùm tia bức xạ bị hấp thụ và tán xạ bởi tầng ozon, hơi nước và bụi trong khí quyển, chỉ một phần năng lượng được truyền trực tiếp tới trái đất. Đầu tiên ôxy phân tử bình thường O2 phân ly thành ôxy nguyên tử O, để phá vỡ liên kết phân tử đó, cần phải có các photon bước sóng ngắn hơn 0,18μm, do đó các photon (xem bức xạ như các hạt rời rạc - photon) có năng lượng như vậy bị hấp thụ hoàn toàn. Chỉ một phần các nguyên tử ôxy kết hợp thành các
phân tử, còn đại đa số các nguyên tử tương tác với các phân tử ôxy khác để tạo thành phân tử ôzôn O3, ôzôn cũng hấp thụ bức xạ tử ngoại nhưng với mức độ thấp hơn so với ôxy, dưới tác dụng của các photon với bước sóng ngắn hơn 0,32μm, sự phân tách O3 thành O2 và O xảy ra. Như vậy hầu như toàn bộ năng lượng của bức xạ tử ngoại được sử dụng để duy trì quá trình phân ly và hợp nhất của O, O2 và O3, đó là một quá trình ổn định. Do quá trình này, khi đi qua khí quyển, bức xạ tử ngoại biến đổi thành bức xạ với năng lượng nhỏ hơn.[1]
Hình 3.3. Quá trình truyền năng lượng bức xạ MT qua lớp khí quyển trái đất. Các bức xạ với bước sóng ứng với các vùng nhìn thấy và vùng hồng ngoại của phổ tương tác với các phân tử khí và các hạt bụi của không khí nhưng không phá vỡ các liên kết của chúng, khi đó các photon bị tán xạ khá đều theo mọi hướng và một số photon quay trở lại không gian vũ trụ. Bức xạ chịu dạng tán xạ đó chủ yếu là bức xạ có bước sóng ngắn nhất. Sau khi phản xạ từ các phần khác nhau của khí quyển bức xạ tán xạ đi đến chúng ta mang theo màu xanh lam của bầu trời trong sáng và có thể quan sát được ở những
độ cao không lớn. Các giọt nước cũng tán xạ rất mạnh bức xạ mặt trời. Bức xạ mặt trời khi đi qua khí quyển còn gặp một trở ngại đáng kể nữa đó là do sự hấp thụ của các phần tử hơi nước, khí cacbonic và các hợp chất khác, mức độ của sự hấp thụ này phụ thuộc vào bước sóng, mạnh nhất ở khoảng giữa vùng hồng ngoại của phổ.
Phần năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới bề mặt trái đất trong những ngày quang đãng (không có mây) ở thời điểm cao nhất vào khoảng
Bảng số giờ nắng các tháng trong năm từ 2004 đến 2008 Các năm Các tháng 2004 2005 2006 2007 2008 Trung bình 154,5 146,4 158,1 138,3 143,7 1 83 118 89 33 68 2 125 113 81 184 184 3 112 98 108 136 122 4 183 164 186 115 169 5 217 242 239 173 188 6 234 215 279 262 211 7 192 221 181 275 265 8 299 175 173 148 189 9 136 175 151 154 145 10 113 104 184 48 74 11 117 123 181 38 66 12 113 9 45 93 43
Khoảng cách giữa trái đất và mặt trời có ảnh hưởng đến cường độ bức xạ mặt trời. Khi trái đất chuyển động quanh quỹ đạo của nó trong một chu kỳ năm, sự tự định hướng của trục quả đất cùng với sự chuyển động quay quanh mặt trời dẫn đến sự thay đổi khoảng cách giữa mặt trời và trái đất, làm cho thay đổi cường độ bức xạ của mặt trời lên bề mặt trái đất. Khoảng cách này càng nhỏ thì cường độ bức xạ càng lớn và ngược lại thì khoảng cách càng lớn thì cường độ bức xạ càng thấp.