1 Se LYSET Om lys, energi og klima. Af Dan Friis. 1
2 Forord: Verden er et forunderligt sted at leve og opholde sig, og jo mere man ved om den, jo mere indviklet og kompleks bliver den. Det kan derfor være særdeles fristende at holde sig i den overflade af viden om vores verden, som de fleste besidder. Gennem jordens liv har evolution dvs. udvikling af jordens arter gjort at nogle løbende har kunnet passe ind i det miljø, som jorden har kunnet tilbyde op gennem historien, således at vi også i dag har en klode befolket med en stor mangfoldighed af liv og arter. Evolution bygger netop på, at der er tid til skabelse og ikke mindst udvælgelsen af de arter, der skal føre livet videre, og den er afhængig af, at der går tilstrækkelig med tid, da evolution kun kan foregå hen over generationer. Dette gør sig i hvert fald gældende frem til det nuværende tidspunkt i jordens historie. At det måske kan og vil ændre sig, er en helt anden sag. Hele grundlaget for livet på jorden er alle arternes indbyggede evne og vilje til reproduktion, altså at videreføre livet til den næste generation. Samtidigt er det også et kriterium for livets opretholdelse, at der sker generationsskift, for uden generationsskifte - ingen evolution, og uden evolution, ville ændringerne i klodens tilstand over tid, udrydde alle de eksisterende arter. Livets opretholdelse på jorden forudsætter derfor også at tidligere generationer udskiftes med nye, ellers vil alt liv stoppe på et tidspunkt. Men her er det så at vi som menneskehed er ved at overse et meget vigtigt faktum. Nemlig at udskiftningen af generationer forudsætter at byggestenene dvs. ressourcer som mineraler, metaller, og andre livsvigtige bestanddele, leveres tilbage til naturens kredsløb, således at de kan indgå i de nye generationer. Sker dette ikke, vil de kommende generationers udvikling påvirkes og svækkes, og på sigt medføre en risiko for at store dele af alt liv på jorden trues med udslettelse og det kan, set i historisk perspektiv, komme til at gå endog meget hurtigt. Problemet består i, at menneskeheden i dag er en så dominerende art, at vore handlinger påvirker stort set alle naturens balancer. Da vi så tilmed handler og agerer i nuet, dvs. kun ser på de kortvarige effekter og i bedste fald tænker en enkelt generation frem. Overser vi de konsekvenser vi påfører jorden, på det lange sigt mere end én generation frem. Skal dette ændres, skal mennesket udvikle sig til at tænke anderledes langsigtet, og lære, at det også må tage ansvar for fremtidige generationer. Først og fremmest skal der imidlertid opnås en erkendelse af at dette er nødvendigt, og at disse problematikker hverken kan eller må blandes sammen med de kortsigtede problemstillinger som fylder vores bevidsthed. 2
3 Denne bog omhandler problemstillinger, der alle er relaterede til lys og energi. Ikke mindst mange problemstillinger og sammenhænge, som de fleste ikke ved, eksisterer. Ved læsningen af bogen er det mit håb, at det vil blive tydeliggjort, hvor meget tingene omkring os spiller sammen, og hvilke konsekvenser påvirkning af bare nogle få af disse faktorer kan have. Med andre ord, få skabt en interesse for at sætte sig ind i de sammenhænge der gør, at vi også bliver i stand til at tænke langsigtet. God fornøjelse med læsningen Dan Friis Tidshorisonter: Den primære bekymring for hovedparten af menneskeheden er behovet for mad. Tidshorisonten for mange af disse mennesker når kun frem til det næste måltid. For mange er varme til overlevelse og fremstilling af mad, den næststørste bekymring. En stadig større del af verdens befolkning må dagligt bruge meget store ressourcer på blot at skaffe vand skal det tilmed være rent, er det en umulighed for mange. En stor del af verdens befolkning kæmper dagligt med livstruende sygdomme. De fleste mennesker med mange ressourcer til rådighed, tænker højest 10 år frem. Hovedparten af verdens producenter af varer, tænker kun frem til næste årsregnskab. De fleste beslutningstagere / politikere tænker oftest kun 1 valgperiode frem. 3
4 Indhold: Afsnit A Naturens Lys. 1 Hvad er lys? 2 Naturligt lys. 2.1 2.2 4 Sollyset. Forskellige andre slags naturligt lys. 2.2.1 Lys fra andre stjerner. 2.2.2 Månelys. 2.2.3 Lys fra radioaktivitet. (Radioluminicens.) 2.2.4 Fosforiserende lys. (Fosforescens.) 2.2.5 Lys fra levende celler. (Bioluminicens.) 2.2.6 Kemisk lys. 2.2.7 Nordlys. 2.2.8 Elektriske udladninger lyn. 2.2.9 Statisk elektricitet.
5 Afsnit B Lys og menneske. 3 Menneskets afhængighed af lys. 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 Synet. Øjet. 3.2.1 Hornhinden. 3.2.2 Iris. 3.2.3 Linsen. 3.2.4 Blindt punkt. 3.2.5 Nethinden. 3.2.5.1 Den individuelle nethinde. 3.2.6 Fokus syn og perifert syn. 3.2.7 Øjets filtervirkning. 3.2.8 Farveforskydning. 3.2.9 Farvesyn og nattesyn. 3.2.10 X Nervecellen. 3.2.11 Blænding. Farver og farveblanding. 3.3.1 Farveblanding. 3.3.2 Additiv farveblanding. Øje sygdomme / defekter. 3.4.1 Farveblindhed. 3.4.2 Grå stær. 3.4.3 Grøn stær. 3.4.4 Sneblindhed. 3.4.5 Svejseøjne. 3.4.6 Natteblindhed. Hjernen. 3.5.1 Kontrollen med øjet. 3.5.2 Billedsammensætning og aktion. 3.5.3 Billedhukommelsen. 3.5.4 Reference billeder / Læring. 3.5.5 Lysets indflydelse på reference billederne. 3.5.6 Skygge 2D / 3D. 3.5.7 Det indre ur. 3.5.8 Støj og belastning. Flere indgange. 3.6.1 Kulde / varme reaktion. 3.6.2 Psykologiske virkninger af lys. 5
6 3.7 Andre vitale funktioner. 3.7.1 D Vitamin. 4 Kunstigt lys. 4.1 4.2 Forbrændingslys. Elektrisk lys. 4.2.1 Kulbuelys. 4.2.2 Glødelys. 4.2.3 Udladningsrør. (Lysstofrør) 4.2.4 Lysdioder. 4.2.4.1 Den hvide lysdiode. 4.2.4.2 RGB Diodelys. 4.2.4.3 Styrker og svagheder ved lysdioder. 4.3 4.2.5 Sort lys. Kemiske lyskilder. 5 Lys egenskaber. 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 Farvetemperatur. Kroithof kurven. Farvekonstans. Farvegengivelse. 5.4.1 CIE Farvegengivelse - RA indekset. 5.4.2 HSV Farvegengivelse - Farvekeglen. 5.4.3 Afsluttende kommentar om farvegengivelse. Lumen begrebet. Udstråling. 6 Lys og optik. 6.1 6.2 6 Linser. Transparente flader.
7 6.3 6.4 Spejle. Reflektorer. 6.4.1 Parabol reflektoren. 6.4.2 Refleks / Retrofleks. 6.4.3 Reflektorer til lampeskærme. 6.5 Filtre. 6.6 6.7 6.8 Diffust lys. Optisk protein. Usynligt materiale. 7 Andre anvendelser af lys. 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 Lasere. 7.1.1 Lasere til operation. 7.1.2 Lasere til afstandsmåling og aflæsning. 7.1.3 Laser pincet. 7.1.4 Andre anvendelser. Opvarmning. 7.2.1 Varmelamper. Lysledere. TV og computerskærme. 7.4.1 Katodestrålerør. 7.4.2 LCD skærme. 7.4.3 Plasmaskærm. Astronomi. 7.5.1 Astronomi - rødforskydning. 7.5.2 Astronomi analyse. Advarselslys og signaler. Teleportation. Holografi. 8 Lys som energikilde. 8.1 8.2 Til energiproduktion. 8.1.1 Væskebaserede solfangere. 8.1.2 Solcelle baserede solfangere. 8.1.3 Rumbaseret solfanger. Energioplagring. 7
8 8.2.1 Brændselscellen. 8.2.2 Superledere. 8
9 9 Afskærmning. 9.1 9.2 9.3 Pigment. Solcreme. Satellitter. 10 Nedbrydning. 10.1 Lysets nedbrydende virkning. 10.1.1 Nedbrydning af træ. 10.1.2 Nedbrydning af plast. 10.1.3 Nedbrydning af tekstiler. 10.2 Fødevarer. 10.3 Andre fotokemiske effekter. 10.3.1 Fotokemisk smog. 9
10 Afsnit C Lys og Natur. 11 Jordens kredsløb Lys og varme - Overblik. 12 Atmosfæren. 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 Iltindhold. Ozonlaget. Drivhusgasser. Vindbælter. Kvælstofkredsløbet. 13 Solindstråling og vand. 13.1 Vandkredsløbet. 13.2 Havstrømme. 13.3 Tropiske orkaner. 13.4 Vand og kuldioxid. 14 Naturlige påvirkninger af kredsløbene. 14.1 Partikler i atmosfæren. 14.1.1 Vulkaner. 14.1.1.1 Supervulkaner. 14.1.2 Skovbrande. 14.1.3 Sand og støvstorme. 14.1.4 Partikel forurening. 14.2 Solens variationer. 14.2.1 Solpletter. 14.2.2 Solstorme. 14.3 Polvending. 15 Bakterier. 16 Planter. 16.1 Fotosyntesen. 16.1.1 Fotosyntesens afhængigheder. 10
11 16.1.2 Varme. 16.1.3 Kuldioxid CO2. 16.1.4 Vand. 16.2 Styring af planter med lys. 16.3 Varme / kulde påvirkninger. 17 Dyr på landjorden og i luften. 17.1 Synssansen. 17.1.1 Dyr med UV syn. 17.2 Dyr og varme. 17.3 Dyr i dvale. 17.4 Andre funktioner styret af lys. 17.4.1 Ilderen. 18 Dyr og planter under vand. 18.1 Synssansen. 18.1.1 Det mest avancerede syn. 18.2 Andre funktioner styret af lys. 17.2.1 Laksen. 11
12 Afsnit D Perspektiv. 19 Opsummering. 20 Lys og Jordkloden. 20.1 Kan vi stoppe den globale opvarmning? 21 Lys, energi og menneske. 21.1 Lys og døgnrytme skal passe sammen. 21.2 Spar på energien. 22 Afslutning. Afsnit E Henvisninger og forklaringer. Ordforklaring. Kemiske forbindelser og deres navne. Referenceliste. Persongalleri. Dansk / Engelsk oversættelse. 12
13 1: Hvad er lys? Lys er faktisk en meget underlig størrelse, vi kender det alle, men de færreste ved at det er bærer af en af naturens mest finurlige egenskaber. En egenskab der gør, at lys kan opfattes, som både en bølge og en partikel. Men sjovt nok ikke begge dele samtidigt. Som lysbølge kalder vi det for elektromagnetisk stråling. En stråling, som har en frekvens, og som derfor svinger med et bestemt antal svingninger pr. sekund. Indenfor det synlige lys, kan vi se denne frekvens, idet forskellige frekvenser giver forskellige farver af lys. Bølger kan interferere dvs. give indbyrdes forstærkninger, men også udligninger. På samme måde, som hvis vi kaster to sten i vandet. Der hvor bølge toppene mødes, vil de forstærkes, mens der hvor en bølge dal møder en bølgetop, vil ske en udligning af bølgerne. Lys har i bølgeform, netop denne egenskab, at det kan interferere det kan partikler ikke. Andre former for elektromagnetisk stråling kender vi eksempelvis fra radio og tv signaler, men også fra f.eks. en mikrobølgeovn. Som partikel kalder vi det for en foton. En foton behandles som en partikel, og er kendetegnet ved at den ikke kan deles op, og besidder en ganske bestemt mængde energi, som afhænger af fotonens frekvens. Fotoner kan som sagt ikke deles op, men de kan faktisk splejses sammen under helt specielle forudsætninger, som bl.a. indebærer brug af specielle krystaller. Den sammensplejsede, foton skulle man så tro, kunne deles op igen, men dette er ikke muligt. Når fotonen først er opbygget, kan den modelleres, drejes, afbøjes og reflekteres, men den ophører først med at eksistere, hvis den absorberes af en elektron. Ved absorption overføres den samlede foton energi til det absorberende emne. Hvilket typisk medfører det vi kalder for opvarmning, men som i realiteten er øget bevægelse. Men selv om det er hinsides almindelig fatteevne, at forestille sig at et objekt, kan antage 2 forskellige tilstande komplementær tilstande hvis vi skal bruge den rigtige betegnelse, så er det ikke desto mindre tilfældet. Det siger sig selv, at det dermed er temmelig svært, at forestille sig lysets natur selv hvis det blev forstørret op, så vi kunne betragte en bølge eller foton. Imidlertid er det muligt at lave et tilnærmet billede på fotonen, som måske kan hjælpe med i forståelsen af hvad lys er. Lad os prøve at forestille os fotonen som en fjeder, der skydes ud fra en elektron: 13
14 I fødselsøjeblikket er den helt sammentrykket og indeholdt som energi i en elektron. Når elektronen så skal afgive energi, gør den det til et helt specifikt nyt energi niveau, og mængden af energi bliver da afgørende for hvor meget fjederen strækkes ud, og hvornår den slipper elektronen. Når fjederen således skydes af sted fra elektronen møder den ingen modstand, og beholder formen den antager i præcis det øjeblik, hvor den sidste del af fjederen forlader elektronen. Jo mere kompakt fjederen er, svarende til at bølgelængden er kortere, jo mere energi er der i fotonen. 14
15 Fotonen bevæger sig med den størst kendte hastighed i universet. Og danner derfor basis for lysets hastighed. Denne er i et lufttomt rum ca. 300.000 km. pr. sekund. Men hastigheden afhænger af hvilket medie lyset bevæger sig i. Lys kan eksempelvis godt bevæge sig gennem vand, uden at blive absorberet, men det vekselvirker alligevel med vandet, således at hastigheden sænkes. Det mest forunderlige er imidlertid, at den opbremsning der finder sted i vandet ikke er permanent, men forsvinder igen, hvis lyset bevæger sig fra vand til lufttomt rum igen. Til gengæld vil der ske en afbøjning af lyset / fotonen, med mindre der er tale om en flade afgrænsning, hvor lyset rammer i en vinkel på nøjagtig 90 grader. Fotonen har ingen vægt. Men den kan alligevel skubbe til det, den rammer på dens vej. Og som før nævnt, beholder den sit energiindhold uforandret, fra den fødes til den absorberes. Og ved absorption, overføres fotonens samlede energi til den absorberende partikel. Afbøjning sker f.eks. når fotonen passerer et kraftigt tyngdefelt. Refleksion er eksempelvis, hvis den rammer et spejl, og absorption kan være, når fotonen bidrager til at varme huden op eller give os mennesker et synsindtryk af dens farve. Men det kommer der alt sammen meget mere om i de efterfølgende kapitler. Men lad os lige engang se lidt på, hvad det egentlig er, der får en elektron til at udsende en foton. For at illustrere det, benyttes et nitrogen atom, og det viste eksempel, svarer faktisk til, hvad der sker, når partikler fra solen rammer atmosfæren omkring nord og sydpolen og danner henholdsvis nordlys og sydlys. Fænomenet er beskrevet nærmere i et senere kapitel. 15
16 Jordens atmosfære består af 78 % nitrogen. Nitrogenet findes her primært som atomer bundet sammen 2 og 2, hvorved der dannes nitrogen molekyler, som kaldes for N2. Nedenfor er vist et enkelt nitrogen atom. Med kernen i centrum bestående af protoner og neutroner, og med elektroner i kredsløb om denne kerne. Nitrogen har atom nummer 7, og har derfor 7 protoner i kernen. Dertil kommer et varierende antal neutroner, som afgør hvilken isotop af nitrogen der er tale om. For at atomet kan være i dets grundtilstand, skal der være balance i ladningerne. Protonerne er positivt ladede, og da der er 7 af dem, er der altså 7 positive ladninger. For at modsvare dette, skal der tilsvarende være 7 negative ladninger. Disse kommer fra elektronerne, som er fordelt i skaller omkring kernen. Den inderste skal K skallen, kan indeholde 2 elektroner, den næste L skallen kan indeholde op til 8 elektroner og M skallen 18 elektroner. Er atomet i grundtilstanden, er skallerne fyldt op indefra og kommer til at fremstå, som vist ovenfor. En elektron kan imidlertid tilføres energi, så den hopper ud i en anden skal. Dette kunne være som følge af, at den blev ramt af en foton, eller som følge af, at den blev ramt af en 16
17 fri elektron. Altså en elektron, som ikke er tilknyttet et specifikt atom. Når dette sker, kommer modellen for atomet til at se sådan ud: Det er den tilførte energi der gør, at elektronen nu kan være i en skal længere borte fra centrum. Atomet søger dog at genoprette grundtilstanden hurtigst muligt, men dette kan kun lade sig gøre, hvis den tilførte energi afgives igen. Mens elektronen befinder sig i den forkerte skal, kaldes atomet for exciteret. Hver enkelt skal har et energiniveau, som er specifikt for de elektroner der befinder sig i skallen. Mindst energi tættest på centrum, og højest længst borte fra centrum. Når elektronen hopper tilbage til dens rigtige skal, udsendes der lys, og lysets bølgelængde, afhænger af hvor meget energi, der bliver i overskud. Var elektronen eksempelvis blevet skubbet endnu længere ud dvs. til skaller endnu længere væk fra centrum, ville energi overskuddet have været langt højere. Når elektronen hoppe tilbage, sker det hver gang under udsendelse af elektromagnetisk stråling / fotoner. 17
18 Lys skabes altså når elektronen skal afgive energi. Det kan også skabes fra andre atomare partikler, men stort set alt det lys, der omhandles i denne bog, er fotoner udsendt som følge af energiafgivelse fra elektroner. Energi afgivelsen hænger specifikt sammen med fotonens bølgelængde, hvilket betyder, at bestemte elektron hop i atomer af samme type, altid vil udsende lys med den samme bølgelængde, eller farve om man vil i tilfælde af, at vi taler om synligt lys. Elektromagnetisk stråling / fotoner fungerer, som en meget vigtig del af universets energi transport. Lyset taber ingen energi undervejs fra stjernerne til det omkringliggende univers og strålingen kan derfor på mange måder betragtes som en energiledning fra stjernernes fusions processer og ud til materiale, som er i stand til at optage energien. Lyset bringer også informationer med sig fra fortiden. Noget af det lys vi modtager på jorden er billedet af, hvordan det så ud i fjerne tider, ja faktisk helt tilbage til universets begyndelse. Siden da har lyset tilbagelangt nærmest ufattelige afstande, men da fotonerne jo netop ikke kan deles, giver de stadig et korrekt billede af afsenderen på afsendelsestidspunktet, selv om det er milliarder af år siden lyset blev sendt af sted. 18
19 Den afstand lyset tilbagelægger på et år kalder vi for et lysår. Og det benyttes meget indenfor astronomi. Men et lysår, er altså ikke et mål for tid, men et mål for afstand. Et lysår er det samme som: meter 9.460.730.472.580.800 Et billede på fotonen / den elektromagnetiske bølge kan sammenfattes på følgende måde: Vi kan betragte fotonen som en ekstremt tynd, men relativt lang fjeder. Den vejer ikke noget. Den skydes ud fra en elektron og forsvinder først igen, når den absorberes. Den kan eksistere uændret i milliarder af år. Fjederen beholder afstanden mellem bølgetoppene og kan ikke deles op. Fjederen kan ændre retning, når den reflekteres / afbøjes. Den opstår fra energi og bliver til ren energi igen, når den absorberes. Fjederen opnår den størst mulige hastighed i tomt rum. (299.792.458 meter pr. sekund. Kaldet lysets hastighed i vakuum) Dens hastighed ændres til lavere hastigheder i andre medier, men når maksimum igen, når den vender tilbage til det tomme rum. Afstanden mellem bølgetoppene viser fotonens energi. Kort afstand = høj energi, stor afstand lille energi. Foton energier måles i ev elektronvolt. En meget interessant energi mængde, set i den sammenhæng, er når fotonen lige netop har en energi svarende til, hvad der skal til, for at rive 2 sammenbundne atomer fra hinanden. Hvor meget energi der skal til, afhænger dog lidt af, hvor varme atomerne er når de rammes og hvordan de 2 atomer er bundet sammen, men grænsen går lige omkring 3eV, svarende til overgangen mellem ultraviolet lys og synligt lys. Her er naturligvis tale om effekten af en enkelt foton. Er der flere fotoner, men med lavere energier, som rammer samme mål indenfor kort tid, kan effekten blive den samme. Mængden af fotoner der rammer pr. sekund, er derfor 19
20 også yderst interessant. Det kaldes i fagsprog for lysets intensitet. Hvis lysets intensitet ikke er for høj, vil energien være givet videre eller fordelt, inden næste foton rammer. Af samme grund kan høje intensiteter være næsten lige så biologisk skadelige som høje energier kan være det. Intensitet kan også siges som koncentreret, hvis det er nemmere at huske. Et koncentrat er jo netop noget, der er repræsenteret i stor mængde på et begrænset område. Til sammenligning kan vi tage sollys. Hvis vi kigger på f.eks. en græsplæne i sollys, kan vi uden problemer stå og betragte den. Det vi modtager i øjnene er fotoner, som oprindeligt stammer fra solen, men som videresendes af græssets overflade til vores øjne. På den måde modtager vi kun en meget lille brøkdel af de fotoner der afsendes fra solen, og intensiteten er det vi kan kalde for lille. Ser vi derimod direkte mod solen, bliver vi blinde indenfor ganske kort tid. Ikke fordi energien af de enkelte fotoner er meget anderledes end dem vi fik ind i øjnene fra græsset, men fordi intensiteten er over 100.000 gange højere. Energien kan simpelthen ikke nå at forlade vore øjensensorer før næste foton rammer, hvilket meget hurtigt vil medføre at sensorerne i øjet koger i stykker. Næsten alt i denne bog er relateret til det vi kalder alm. lys. Og det består af bølgelængder fra ca. 100nm og op til ca. 1000nm. Lyset spænder over det ultraviolette, det synlige og det infrarøde. Det meste af indholdet i denne bog refererer til enten bølgelængder eller energi af fotoner i det område, så for at kunne placere det i rette sammenhæng, er der en illustration af dette bølgeområde / energiområde, placeret nederst på hver side. Dermed er det forholdsvis let at relatere det skrevne til disse fundamentale sammenhænge uden hele tiden at skulle bladre tilbage, for at finde et brugbart lys spektrum og dermed bliver det nemt at placere emnet i forhold til spektret. Et spekter betyder, en given sammensætning af fotoner i et givent område. Oftest viser spektret også hvor mange fotoner der er, set i forhold til alle de andre tilstedeværende fotoner. Dette kunne for eksempel være en angivelse af hvor meget blåt lys der er i forhold til rødt lys. 20
21 Lad os lige kigge på et eksempel: Kigger vi så på figuren nederst på siderne, kan vi bruge dette til at analysere et spektrum. Det ovenfor viste spektrum har ikke lys / fotoner med bølgelængder under ca. 450 nm, og vi kan se, at 450nm svarer til et blåt lys og en energi pr. foton på knap 3eV. Spektret indeholder mest lys lige omkring 600nm, og kigger vi igen på figuren nederst på siden, kan vi se, at det er gult / orange lys der er tale om, og at energien pr. foton er omkring 2eV, altså en hel del mindre end energien i det blå lys. Vi kan også se, at det viste spektrum kun indeholder fotoner i det synlige område. Der er altså hverken usynligt ultraviolet lys eller usynligt infrarød varmestråling. 21
22 2 Naturligt lys: 2.1 Sollyset: Naturligt lys er det vi modtager fra solen, og som har været grundlaget for menneskets udvikling og før den tid, for den udvikling, der ledte frem til menneskeracen. Lyset varierer kraftigt hen over dagen, og også gennem årets variationer. Årsagen er, at jordens atmosfære virker både som filter og som en slags spejl. Når der til kommer, at jorden gennem året ændrer hældning i forhold til solen, får vi også en årstidsvariation. Denne er meget forskellig afhængig af, hvor på jordkloden man befinder sig. Når vi udelukkende ser på lyset, så kan det beskrives ud fra solhøjden over horisonten. Og ikke mindst hvor og hvornår denne solhøjde når sit maksimum. Hvor højt solen når op over horisonten i sit maksimum, afhænger af hvilken breddegrad man befinder sig på, jo længere mod nord og jo længere mod syd, jo lavere vil dette maksimum være. Den største solhøjde vil altid være at finde kl. 12 middag, på årets længste dag. Både arten af lys, dvs. sammensætningen af bølgelængder, samt styrken af de enkelte dele af lyset viser sig, at have overordentlig stor betydning for både mennesker og natur, så grundlæggende er det vigtigt at forstå, hvordan lyset varierer over den enkelte dag. Dette gøres bedst ved at kigge på et helt forløb. Dvs. fra solen står op over horisonten om morgenen og frem til den igen forsvinder ned bag horisonten. Faktisk er det nok at kigge på halvdelen af dette forløb. Forløbet fra solopgang og frem til kl. 12 middag vil jo i omvendt rækkefølge beskrive tiden fra maksimum og frem til solnedgang. 22
23 2.1.1 Solopgang / solnedgang: 23
24 Ved solopgang rammer sollyset ind mod atmosfæren i en meget lille vinkel og det får det resultat, at det kun er det infrarøde og røde lys der slipper igennem og ned til jordoverfladen. Denne effekt skyldes at atmosfærens afbøjning af lyset afhænger af vinklen og bølgelængden. Ved lave vinkler slipper de korte bølgelængder dvs. UV stråler og blåt lys ikke igennem, men afbøjes og sendes ud i verdensrummet igen. Fra solopgang og fremad på dagen øges solhøjden, og der slipper derfor gradvist mere og mere lys igennem atmosfæren. Udover selve atmosfærens optiske effekt, spiller ozon laget også en rolle for gennemtrængningen af lys. Men ved lave vinkler er det ikke relevant, da ozon laget kun virker aktivt på korte bølgelængder i UVB og UVC området. Det bemærkes at der ved lave solvinkler slet ikke når UV lys frem til jordoverfladen, og at der kun er meget lidt blåt lys, hvilket er årsagen til at solopgange og for den sags skyld solnedgange, ses som værende rødlige af det menneskelige øje. Skyer og partikler spiller også en rolle, men primært som dæmpende faktorer eller som faktorer der spreder lyset, sådan at det lys der når jordoverfladen, i stedet for at komme direkte fra solen, i stedet kommer via enten skyer eller partikler. Med andre ord, bliver lyset mere diffust der kommer langt mere fra andre retninger end den primære, som er direkte fra solen. Skyer, -afhængigt af tykkelse og tæthed, virker stærkt dæmpende på sollyset, sådan at intensiteten kan falde ret kraftigt. En del af det lys der ikke når jorden bliver opfanget, og opvarmer det ramte, mens andre dele af lyset bliver reflekteret og sendt retur til verdensrummet. Skyer virker mere dæmpende i det langbølgede område end i det kortbølgede, hvorfor et tæt skydække reducerer kraftigst på de røde farver og på den infrarøde stråling varmestrålingen. Lyset fremtræder da stærkt forskudt mod det blå område. Er det således ved solopgang, hvor der jo ikke er blåt lys, kan det forekomme at være næsten mørkt, mens det senere på dagen i stedet vil være de grønne og blå nuancer der vil være de mest fremtrædende. Det er det vi fornemmer som nærmest gråt. Partikler i atmosfæren virker spredende, men primært på de korte bølgelængder, dvs. i det blå område. Dette er årsagen til at himlen opfattes som blå, men der er altså i virkeligheden blot tale om, at blåt lys i højere grad end andre farver, sendes mod jordoverfladen fra andre steder end lige fra solen, i modsætning til resten af farverne i lyset, der med stor overvægt kommer direkte. Skete der ikke nogen spredning af lyset i atmosfæren, ville himlen være helt sort. 24
25 2.1.2 Middag (Kl. 12) Danmark Midsommer: 25
26 Solhøjden skifter jo som bekendt afhængigt af året. Lige akkurat på årets længste dag, står solen også højest på himlen præcis kl. 12 middag dansk normaltid. Her i Danmark når solen på denne dag sit maksimum på 58 graders højde i forhold til horisonten. Det er lidt mindre end 2/3 af den maksimale solhøjde omkring ækvator, hvor solens maksimum jo er 90 grader. Som det ses af figuren er der på dette tidspunkt et vist bidrag af UV-B stråler i det sollys der når jordoverfladen. Maksimum af denne stråling, vil altid være at finde midt på dagen, da den følger solhøjden. Hvor kraftig UV-B strålingen aktuelt er, afhænger imidlertid også af andre faktorer, herunder atmosfæretryk og ozon lagets tykkelse. Med et aftagende ozon lag, er den gennemsnitlige mængde af UV-B stråling øget i styrke over de senere årtier, men grundet den relativt lave solhøjde, er høje intensiteter altså kun at finde midt på sommeren og i timerne omkring middag. 26
27 2.1.3 Subtroperne: 27
28 Med større maksimal solhøjde, dvs. jo tættere vi kommer på ækvator, vil vi modtage en højere intensitet af UV-B stråling og over et længere tidsrum pr. dag. Dette har naturen kompenseret for, gennem udvikling af forskellige hudtyper, således at huden er i stand til at modstå denne øgede stråling. Den mørke hud vi typisk ser i troperne og egnene omkring, er altså fra naturens side et strålingsværn, der skal beskytte mod de biologisk nedbrydelige stråler i UV lyset. 28