1.1. La radiació tèrmica

La radiació tèrmica

Tots els objectes amb una temperatura per sobre dels 0K (-273ºC) emeten radiació electromagnètica. La Terra té una temperatura mitja de 300K i el seu pic d’emitància està localitzat en el infraroig tèrmic (TIR) al voltant dels 9.7 mm. (LWIR). La Terra absorbeix una gran part de la radiació solar, però una certa fracció és emesa a longituds d’ona grans.

Radiació tèrmica de la Terra

La radiació tèrmica que emet la Terra depèn de la radiació electromagnètica que rep del Sol. Des d’un satèl·lit amb l’equipament adient es poden obtenir imatges (processades posteriorment per obtenir mapes tèrmics) que mostren la temperatura continental, la de mars i oceans i la de l’albedo (quantitat de radiació reflectida per la superfície de la Terra).

La radiació rebuda en un lloc concret depèn en gran mesura de l’estació de l’any i de les condicions atmosfèriques. Per entendre perquè tenim estacions, hem d’observar la relació entre la Terra i el Sol. El pla de l’eclíptica és el pla de l’òrbita de la Terra al voltant del Sol. Els raigs de llum del Sol arriben paral·lels entre sí a la Terra. Per tant, si l’eix de rotació de la Terra fos perpendicular al pla de l’eclíptica, els raigs directes del sol incidirien sempre de forma òptima sobre l’equador (és a dir, l’angle d’incidència a l’equador seria de 90º) i sempre es veuria el Sol just a l’horitzó en els pols nord i sud (és a dir, l’angle d’incidència als pols seria 0º). Si fos així, no tindríem estacions.

L’eix de la Terra, però, no és perpendicular al pla de l’eclíptica. Si dibuixéssiu una línia perpendicular al pla de l’eclíptica, l’eix de rotació de la Terra estaria inclinat un angle de 23,5º respecte a la línia perpendicular. És aquesta inclinació de l’eix de rotació de la Terra la que produeix l’existència de les estacions. La Terra manté el mateix angle d’inclinació al llarg de la seva òrbita. Dit d’una altra manera, l’eix de la Terra és paral·lel a si mateix en tots els punts de la seva òrbita.

La inclinació de l’eix de la Terra provoca que en diferents llocs de la seva òrbita al voltant del Sol, certes zones de la Terra estiguin inclinades cap al Sol, i les zones que s’inclinen cap al sol són les que estan gaudint de l’estiu. Quan l’hemisferi nord està inclinat cap al sol, rep els raigs del Sol amb un angle d’incidència és més alt), i és estiu a l’hemisferi nord. Quan l’hemisferi sud està inclinat cap al sol, rep els raigs del Sol amb un angle d’incidència més alt, i és l’estiu a l’hemisferi sud.

Fixem-nos més de prop. En un punt de la seva òrbita, l’hemisferi nord de la Terra té la seva màxima inclinació cap al Sol. Com que l’eix de la Terra està inclinat 23,5º, els raigs del Sol incideixen en la Terra de forma òptima en una latitud de 23,5º al nord de l’equador (és a dir, els raigs del Sol arriben amb un angle de 90º). Això ocorre al voltant del 21 o 22 de juny cada any, i el dia es coneix com a solstici d’estiu (només per als que viuen a l’hemisferi nord. És a dir, potser és més adient anomenar-lo solstici de juny). Si fóssiu a 23,5º latitud nord en aquell dia, i miréssiu al migdia, el Sol estaria directament a sobre vostre. Aquesta latitud és la més llunyana al nord de la Terra on els raigs del Sol es veuen directament a sobre. La latitud de 23,5º graus al nord es coneix com a tròpic de Càncer, i és el límit nord de la zona tropical.

Què més està passant en aquest moment? Observa el cercle d’il·luminació. La meitat de la Terra està il·luminada, però el cercle d’il·luminació no passa pels pols nord i sud, com seria el cas si l’eix de la Terra no estigués inclinat. Els raigs del Sol il·luminen el pol nord i, de fet, van més enllà fins a una latitud de 23,5º al sud del pol nord. Atès que el pol nord està 90º al nord, el cercle d’il·luminació arriba fins a a 66,5º al nord (90º-23.5º = 66.5º). Aquesta latitud defineix el cercle polar àrtic i aquest dia, 21 o 22 de juny, tots els llocs al nord del cercle polar àrtic estan il·luminats durant les 24 hores del dia (aquesta és la zona del Sol de mitjanit, on el Sol no surt ni es pon, sinó que fa cercles al voltant de l’horitzó). A l’altre extrem del globus terrestre, el cercle d’il·luminació mai arriba al pol sud, i de fet no arriba als 23,5º del pol sud. Així que els llocs més al sud de 66,5º de l’equador no reben il·luminació del Sol aquest dia, i resten 24 hores en foscor (crepuscle, en realitat, ja que el sol no està molt per sota de l’horitzó). La latitud de 66’5º sud es coneix com a cercle polar antàrtic.Fixem-nos ara en l’altre costat de l’any, sis mesos més tard, els dies 21 o 22 de desembre. La Terra ha recorregut la meitat de la seva òrbita i es troba en un punt diametralment oposat al punt en què es trobava en el solstici de juny. La situació és exactament la invertida. L’hemisferi sud de la terra està inclinat cap al Sol, i els raigs del Sol arriben perpendicularment a la superfície terrestre a 23,5º al sud. El sol es troba directament a sobre al migdia en aquesta latitud. Els punts més al sud on arriben els raigs del Sol estan a una latitud de 23’5º sud (el tròpic de Capricorn). Aquest és el límit sud de la zona tropical. En la zona al nord del cercle polar àrtic no arriba llum solar, i en la zona al sud del cercle polar antàrtic n’arriba les 24 hores del dia. Aquest dia es coneix com a solstici d’hivern (només per als que viuen a l’hemisferi nord. És a dir, potser és més adient anomenar-lo solstici de desembre). És estiu a l’hemisferi sud (i el dia més llarg de l’any), i hivern a l’hemisferi nord (i el dia més curt de l’any).

Fixem-nos ara en la situació intermèdia. A mig camí entre els solsticis hi ha dues dates on el sol brilla amb intensitat sobre l’equador, on l’eix de la Terra és perpendicular a l’eclíptica. (L’eix continua estant inclinat, apuntant a l’estrella polar, però està inclinat cap a un costat pel que fa al sol, més que cap a fora o cap al Sol). El cercle d’il·luminació passa pels pols, els raigs del sol incideixen a l’equador amb un angle de 90º, i cada meitat de la Terra té 12 hores de llum natural i 12 hores de nit. Això passa dues vegades l’any. Aquests dos dies s’anomenen equinoccis. El 20 o 21 de març és l’equinocci de primavera (a l’hemisferi nord). El 22 o 23 de setembre és l’equinocci de tardor (a l’hemisferi nord). Durant tot l’any, la durada del dia és de 12 hores a l’equador. Als pols, la durada del dia varia de 0 hores (en el solstici d’hivern de l’hemisferi corresponent) a 24 hores (en el solstici d’estiu de l’hemisferi corresponent). En els punts intermedis, la durada del dia serà un temps intermedi. Com més us apropeu a l’equador, més llarga serà la durada del dia (al voltant de 12 hores durant tot l’any). A latituds altes, la durada del dia és molt llarga a l’estiu, i molt curta a l’hivern.

Ara sabeu que la raó per la qual tenim estacions és la inclinació de l’eix de la Terra. Però, de vegades, les persones es pregunten si les estacions tenen a veure amb la distància de la Terra des del Sol. Sabem que no, perquè les estacions són oposades als hemisferis nord i sud. No obstant això, si observem l’òrbita de la Terra de prop, trobem que no és exactament circular, sinó el·líptica. El Sol està en un dels focus de l’el·lipse. Això fa que la distància de la Terra al Sol varii. El punt on la Terra és més propera al Sol s’anomena periheli. El periheli es produeix el 3 de gener, quan és l’hivern a l’hemisferi nord i estiu a l’hemisferi sud. El punt on la Terra està més allunyada del Sol s’anomena afeli. L’afeli té lloc el 4 de juliol, quan és hivern a l’hemisferi sud i estiu a l’hemisferi nord. Així, en realitat, la Terra i el Sol estan més propers durant l’estiu de l’hemisferi sud. Significa això que els estius són més càlids a l’hemisferi sud? Bé, l’hemisferi sud té una mica més d’insolació durant l’estiu, però els efectes gairebé no es noten, ja que l’hemisferi sud és un hemisferi on abunda l’aigua (observeu un globus terraqui) i l’aigua absorbeix la calor addicional. Així doncs, les diferències en l’escalfament entre els dos hemisferis no són apreciables.