Atenção aos estudiosos de Física: Como é feito o cálculo para se saber até quando o Sol terá H suficiente?

Question

Ficarei muito grata em aprender como se faz o cálculo para se saber quanto tempo resta ao nosso Sol na condição de transmutar seu Hidrogênio em Hélio. Quanto à Vida no nosso Planeta já é uma outra coisa. Estou me referindo à Física. A Biologia também é maravilhosa, mas a pergunta hoje é para saber como é feito este cálculo. Obrigada, Malu.

Answer 1

Densidade energética e energia recebida

A densidade média do fluxo energético proveniente da radiação solar é de 1367 W/m2, quando medida num plano perpendicular à direcção da propagação raios solares sito no topo da atmosfera terrestre. Aquele valor médio, designado por constante solar, foi adoptado como padrão pela Organização Meteorológica Mundial, isto apesar de flutuar umas tantas partes por mil de dia para dia e de variar com a constante alteração da distância da Terra ao Sol que resulta da elipticidade da órbita terrestre.

As variações densidade do fluxo energético resultam da influência das camadas externas do Sol (cromosfera e coroa solar), as quais apresentam pontos quentes e frios em constante mutação, para além das erupções cromosféricas e todos os outros fenómenos se traduzem na formação das manchas solares e na complexa dinâmica dos ciclos solares.

A quantidade total de energia recebida pela Terra é determinada pela projecção da sua superfície sobre um plano perpendicular à propagação da radiação (π R2, onde R é o raio da Terra). Como o planeta roda em torno do seu eixo, esta energia é distribuída, embora de forma desigual, sobre toda a sua superfície (4 π R2). Daí que a radiação solar média recebida sobre a terra, designada por insolação seja 342 W/m 2, valor correspondente a 1/4 da constante solar. O valor real recebido à superfície do planeta depende, para além dos factores astronómicos ditados pela latitude e pela época do ano (em função da posição da Terra ao longo da eclíptica), do estado de transparência da atmosfera sobre o lugar, em particular da nebulosidade.

A radiação solar é geralmente medida com um piranómetro ou com um piréliometro, ou mais recentemente com recurso a radiómetros capazes de registar a composição espectral e a energia recebida.
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Composição espectral
Espectro da irradiância solar acima da atmosfera (azul) e à superfície terrestre (amarelo).
Ampliar
Espectro da irradiância solar acima da atmosfera (azul) e à superfície terrestre (amarelo).

A radiação solar que atinge o topo da atmosfera terrestre provém da região da fotosfera solar, uma camada ténue de plasma com aproximadamente 300 km de espessura e com uma temperatura superficial da ordem de 5800 K.

Dada a dependência entre a composição espectral e a temperatura, traduzida na chamada lei de Planck, a composição espectral da luz solar corresponde aproximadamente àquela que seria de esperar na radiação de um corpo negro aquecido a cerca de 6000º C, embora apresentando uma clara assimetria resultante da maior absorção da radiação de comprimento de onda mais curto pelas camadas exteriores do Sol (veja figura à direita).

Em termos de comprimentos de onda, a radiação solar ocupa a faixa espectral de 100 nm a 3000 nm (3 mm), tendo uma máxima densidade espectral em torno dos 550 nm, comprimento de onda que corresponde sensivelmente à luz verde-amarelada.

A parte mais alongada do espectro (para a direita na imagem ao lado), tem a sua máxima intensidade na banda dos infravermelhos próximos, decaindo lentamente com a diminuição da frequência.

No que respeita à radiação mais energética, isto é de comprimento de onde mais curto, apesar da maior parte ser absorvida pela atmosfera, a radiação ultravioleta que atinge a superfície da Terra é ainda suficiente para provocar o bronzeado da pele (e as queimaduras solares a quem se exponha excessivamente).