सौर विकिरण की प्रकृति, नियम, सौर स्थिरांक एवं सौर विकिरण का ह्रास (Nature & Properties of Solar Radiation, Solar Constant & Depletion)

AGRO PATH FINDER Digital Textbook

EDUCATION • RESEARCH • INNOVATION

विषय (Subject) Introduction to Agro-meteorology

विषय कोड (Subject Code) AGMET 311

सेमेस्टर एवं पाठ्यक्रम (Semester) B.Sc. (Hons.) Ag. | Sem V (SKNAU / ICAR 6th Dean)

व्याख्यान संख्या (Lecture No.) Lecture 06 of 16

व्याख्यान 06: सौर विकिरण की प्रकृति एवं गुण, सौर स्थिरांक एवं सौर विकिरण का ह्रास

Lecture 06: Nature and Properties of Solar Radiation, Solar Constant and Depletion of Solar Radiation

SECTION 02

अध्ययन के उद्देश्य (Learning Objectives)

इस व्याख्यान के गहन अध्ययन के पश्चात् विद्यार्थी निम्नलिखित वैज्ञानिक सिद्धांतों, नियमों और संख्यात्मक गणनाओं में पूर्ण दक्षता प्राप्त करेंगे:

1. सौर विकिरण की द्वैत प्रकृति एवं गुण: ऊष्मा स्थानांतरण की विधियों (विकिरण, चालन, संवहन, अभिवहन) तथा सौर विकिरण की तरंग एवं कण/फोटॉन (Wave-Particle Duality) प्रकृति को समझना।

2. सौर स्पेक्ट्रम एवं PAR (400–700 nm): विद्युत-चुंबकीय स्पेक्ट्रम के विभिन्न भागों (UV, Visible/PAR, Infrared) तथा पादप कार्यिकी में 8 डच-कमेटी स्पेक्ट्रल बैंडों के प्रभाव को स्पष्ट करना।

3. विकिरण के मूलभूत नियम: प्लैंक (Planck), स्टीफन-बोल्ट्जमैन (Stefan-Boltzmann), वीन के विस्थापन नियम (Wien’s Law), किरचॉफ (Kirchhoff) और लैम्बर्ट कोसाइन नियम की गणितीय व्याख्या करना।

4. सौर स्थिरांक (Solar Constant): सौर स्थिरांक की परिभाषा, मानक मान ($1.94\text{ cal cm}^{-2}\text{ min}^{-1}$ या $1353–1361\text{ W m}^{-2}$) तथा इसे प्रभावित करने वाले कारकों का विश्लेषण करना।

5. सौर विकिरण का वायुमंडलीय ह्रास (Depletion): वायुमंडल में सौर विकिरण के अवशोषण (Absorption), प्रकीर्णन (Rayleigh एवं Mie Scattering) तथा परावर्तन (Reflection) की प्रक्रियाओं को समझना।

6. विकिरण मापक यंत्र एवं कृषि महत्त्व: पिरहेलियोमीटर, पाइरेनोमीटर, क्वांटम सेंसर व सनशाइन रिकॉर्डर की कार्यविधि तथा प्रकाश संश्लेषण व दीप्तिकालिता (Photoperiodism) में सौर विकिरण की भूमिका को जानना।

SECTION 03

प्रस्तावना (Introduction)

पृथ्वी के वायुमंडल में घटित होने वाली समस्त भौतिक, मौसमी और जैविक प्रक्रियाओं के संचालन के लिए सूर्य (The Sun) ऊर्जा का एकमात्र एवं सर्वोच्च स्रोत (Ultimate Source of Energy) है। पृथ्वी को प्राप्त होने वाली कुल तापीय एवं प्रकाश ऊर्जा का लगभग $99.98\%$ भाग अकेले सूर्य से प्राप्त होता है (शेष मात्र $0.02\%$ भाग पृथ्वी के भू-तापीय केंद्र, तारों और ज्वारीय बलों से आता है)।

सूर्य के केंद्र में निरंतर चलने वाली नाभिकीय संलयन (Nuclear Fusion) अभिक्रिया में चार हाइड्रोजन ($\text{H}$) नाभिक संलयित होकर एक हीलियम ($\text{He}$) नाभिक का निर्माण करते हैं और अपार मात्रा में विद्युत-चुंबकीय ऊर्जा मुक्त होती है। सूर्य की बाहरी चमकदार सतह, जिसे प्रकाशमंडल (Photosphere) कहते हैं, का तापमान लगभग $6000\text{ K}$ ($5727^\circ\text{C}$) होता है। सूर्य से पृथ्वी के बीच लगभग $14.96\text{ करोड़ किलोमीटर}$ ($1.496 \times 10^8\text{ km} = 1\text{ Astronomical Unit}$) का विशाल निर्वात (Vacuum) है, जिसे पार करके यह ऊर्जा लगभग $3 \times 10^8\text{ m s}^{-1}$ ($3\text{ लाख किमी/सेकंड}$) की प्रकाश गति से मात्र $8\text{ मिनट } 20\text{ सेकंड}$ ($500\text{ सेकंड}$) में पृथ्वी तक पहुँचती है।

कृषि के लिए सौर विकिरण का मूलभूत महत्त्व: कृषि वास्तव में “सौर ऊर्जा के संचयन (Harvesting of Solar Energy) का ही विज्ञान है”। हरे पौधे पर्णहरित (Chlorophyll) की सहायता से सौर विकिरण ($400–700\text{ nm}$) को रासायनिक ऊर्जा (कार्बोहाइड्रेट व बायोमास) में परिवर्तित करते हैं। इसके अतिरिक्त, सौर विकिरण मृदा और वायु के तापमान को नियंत्रित कर बीज अंकुरण, वाष्पन-वाष्पोत्सर्जन (ET), पुष्पन (Photoperiodism) और जलचक्र को संचालित करता है।

SECTION 04

संपूर्ण अध्ययन सामग्री (Complete Study Material)

4.1 ऊष्मा स्थानांतरण की विधियाँ एवं सौर विकिरण की प्रकृति (Modes of Heat Transfer and Nature of Solar Radiation)

प्रकृति में एक स्थान से दूसरे स्थान तक ऊर्जा या ऊष्मा का स्थानांतरण चार प्रक्रियाओं द्वारा होता है:

विकिरण (Radiation): बिना किसी भौतिक माध्यम (Without any Material Medium / Through Vacuum) के विद्युत-चुंबकीय तरंगों (Electromagnetic Waves) या फोटॉन के रूप में ऊर्जा के स्थानांतरण को विकिरण कहते हैं। सूर्य से पृथ्वी तक ऊर्जा इसी विधि से आती है।
चालन (Conduction): पदार्थ के अणुओं के बिना अपना स्थान छोड़े परस्पर भौतिक स्पर्श (Molecular Contact) द्वारा गर्म सिरे से ठंडे सिरे की ओर ऊष्मा का प्रवाह। मृदा की ऊपरी सतह से निचली परतों (जड़ क्षेत्र) में ऊष्मा का संचरण मुख्यतः चालन द्वारा ही होता है।
संवहन (Convection): तरल या गैस (वायु व जल) में गर्म अणुओं के स्वयं ऊपर उठने (Vertical Mass Movement of Fluid) के माध्यम से ऊष्मा का ऊर्ध्वाधर स्थानांतरण।
अभिवहन (Advection): पवन द्वारा क्षैतिज दिशा (Horizontal Movement of Air) में ऊष्मा या नमी का एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में स्थानांतरण (जैसे राजस्थान में गर्म ‘लू’ का चलना)।

सौर विकिरण की द्वैत प्रकृति एवं गुण (Dual Nature and Properties of Solar Radiation):

आधुनिक भौतिकी के अनुसार सौर विकिरण में तरंग और कण दोनों के गुण (Wave-Particle Duality) पाए जाते हैं:

1. विद्युत-चुंबकीय तरंग प्रकृति (Wave Nature): जब सौर विकिरण अंतरिक्ष या वायुमंडल में गमन करता है, तो यह विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के दोलन वाली अनुप्रस्थ तरंगों (Transverse Electromagnetic Waves) के रूप में चलता है। इसकी गति प्रकाश के वेग ($c = 3 \times 10^8\text{ m s}^{-1}$) के बराबर होती है तथा तरंगदैर्घ्य ($\lambda$) और आवृत्ति ($\nu$) में व्युत्क्रमानुपाती संबंध होता है: $$c = \nu \cdot \lambda \implies \nu = \frac{c}{\lambda}$$
2. कण या क्वांटम/फोटॉन प्रकृति (Particle / Quantum Nature): जब सौर विकिरण किसी पत्ती के क्लोरोफिल अणु से टकराता है (प्रकाश संश्लेषण में), तो यह ऊर्जा के असतत पैकेटों (Discrete Packets of Energy) के रूप में व्यवहार करता है, जिन्हें ‘क्वांटा’ (Quanta) या ‘फोटॉन’ (Photons) कहते हैं।
3. सूर्यातप (Insolation): Incoming Solar Radiation के संक्षिप्त रूप को इंसोलेशन (सूर्यातप) कहते हैं, अर्थात् सूर्य से पृथ्वी की सतह पर प्राप्त होने वाली लघु-तरंग सौर विकिरण ऊर्जा।

4.2 सौर स्पेक्ट्रम एवं प्रकाश संश्लेषण सक्रिय विकिरण (Solar Spectrum & PAR)

सूर्य से उत्सर्जित होने वाले कुल विकिरण का लगभग $99\%$ भाग $0.15\text{ }\mu\text{m}$ ($150\text{ nm}$) से $4.0\text{ }\mu\text{m}$ ($4000\text{ nm}$) तरंगदैर्घ्य के बीच होता है, इसलिए सौर विकिरण को लघु-तरंग विकिरण (Short-wave Radiation) कहते हैं। सौर स्पेक्ट्रम को तीन मुख्य भागों में बाँटा जाता है:

क्र.सं.	स्पेक्ट्रम का भाग (Spectral Region)	तरंगदैर्घ्य परास (Wavelength — $\mu\text{m}$ एवं $\text{nm}$)	कुल सौर ऊर्जा में अंश (% Share)	कृषि एवं जैविक भूमिका (Agricultural & Biological Role)
1.	पराबैंगनी विकिरण (Ultraviolet — UV Rays) • UV-C: $100–280\text{ nm}$ • UV-B: $280–315\text{ nm}$ • UV-A: $315–400\text{ nm}$	$< 0.4\text{ }\mu\text{m}$ ($< 400\text{ nm}$)	$7\% – 8\%$	अत्यधिक ऊर्जावान; UV-C पूर्णतः व UV-B अधिकांशतः समतापमंडलीय ओजोन द्वारा अवशोषित। अधिक मात्रा में DNA व पर्णहरित को नष्ट करती है; अल्प मात्रा में जीवाणुनाशक व विटामिन-D संश्लेषण में सहायक।
2.	दृश्य प्रकाश / प्रकाश संश्लेषण सक्रिय विकिरण (Visible Light / PAR — VIBGYOR)	$0.4\text{ – } 0.7\text{ }\mu\text{m}$ ($400\text{ – } 700\text{ nm}$)	$41\% – 44\%$ (सतह पर $\approx 45–50\%$)	फसलों में प्रकाश संश्लेषण (Photosynthesis) के लिए सर्वाधिक महत्त्वपूर्ण। नीला ($400–500\text{ nm}$) और लाल ($600–700\text{ nm}$) प्रकाश क्लोरोफिल द्वारा सर्वाधिक अवशोषित होता है, जबकि हरा प्रकाश ($500–600\text{ nm}$) परावर्तित हो जाता है।
3.	अवरक्त विकिरण (Infrared — IR / Thermal Rays) • Near IR: $0.7–1.5\text{ }\mu\text{m}$ • Middle/Far IR: $>1.5\text{ }\mu\text{m}$	$> 0.7\text{ }\mu\text{m}$ ($> 700\text{ nm}$)	$48\% – 51\%$	इसमें प्रकाश संश्लेषण की क्षमता नहीं होती, किंतु यह तापीय प्रभाव (Heating Effect) उत्पन्न कर मृदा व वायु को गर्म करती है तथा वाष्पोत्सर्जन (Transpiration) और बीज सुषुप्तावस्था/पुष्पन (Phytochrome $P_r \leftrightarrow P_{fr}$) को नियंत्रित करती है।

डच पादप कार्यिकी समिति (Dutch Committee on Plant Irradiation, 1953) के 8 स्पेक्ट्रल बैंड (प्रतियोगी परीक्षाओं हेतु):

1st Band ($> 1000\text{ nm}$): कोई विशिष्ट जैविक प्रभाव नहीं; केवल तापीय ऊर्जा (Heat) में परिवर्तित होकर वाष्पोत्सर्जन बढ़ाता है।
2nd Band ($1000\text{ – } 700\text{ nm}$ / Far-Red): पादप तने की लंबाई बढ़ाने (Stem Elongation Effect) एवं फाइटोक्रोम ($P_{fr} \rightarrow P_r$) द्वारा दीप्तिकालिता में सक्रिय।
3rd Band ($700\text{ – } 610\text{ nm}$ / Red Light): क्लोरोफिल द्वारा प्रबलतम अवशोषण तथा अधिकतम प्रकाश संश्लेषण क्रिया (Strongest Photosynthetic Action) और दीप्तिकालिक नियंत्रण।
4th Band ($610\text{ – } 510\text{ nm}$ / Green-Yellow): पत्तियों द्वारा सर्वाधिक परावर्तन एवं न्यूनतम प्रकाश संश्लेषण प्रभाव (इसीलिए पत्तियाँ हरी दिखती हैं)।
5th Band ($510\text{ – } 400\text{ nm}$ / Blue-Violet): क्लोरोफिल और कैरोटीनॉयड द्वारा द्वितीयक उच्च अवशोषण तथा प्रकाशानुवर्तन (Phototropism — पौधे का प्रकाश की ओर मुड़ना) एवं रंध्र खुलने में प्रमुख भूमिका।
6th, 7th & 8th Bands ($400–315\text{ nm}$, $315–280\text{ nm}$, $<280\text{ nm}$ — UV-A, UV-B, UV-C): पौधे को बौना रखना, पत्तियाँ मोटी करना तथा $<280\text{ nm}$ पर कोशिका मृत्यु (Lethal effect)।

4.3 विकिरण के मूलभूत नियम (Fundamental Laws of Radiation)

सौर और पार्थिव विकिरण के व्यवहार को समझने के लिए भौतिक विज्ञान के निम्नलिखित छह नियम कृषि मौसम विज्ञान के स्तंभ हैं:

1. प्लैंक का क्वांटम नियम (Planck’s Law, 1900): मैक्स प्लैंक के अनुसार विकिरण का उत्सर्जन और अवशोषण सतत न होकर ऊर्जा के छोटे-छोटे पैकेटों (Quanta या Photons) के रूप में होता है। प्रत्येक फोटॉन की ऊर्जा ($E$) उसकी आवृत्ति ($\nu$) के समानुपाती और तरंगदैर्घ्य ($\lambda$) के व्युत्क्रमानुपाती होती है: $$E = h \cdot \nu = \frac{h \cdot c}{\lambda}$$ जहाँ $h = 6.626 \times 10^{-34}\text{ J s}$ (प्लैंक स्थिरांक) तथा $c = 3 \times 10^8\text{ m s}^{-1}$ (प्रकाश का वेग) है।
कृषि निष्कर्ष: कम तरंगदैर्घ्य वाली किरणों (जैसे नीला प्रकाश या UV) में प्रति फोटॉन ऊर्जा लाल या अवरक्त किरणों की तुलना में अधिक होती है।

2. स्टीफन-बोल्ट्जमैन का नियम (Stefan-Boltzmann Law, 1879/1884): “किसी आदर्श कृष्णिका (Black Body) के प्रति इकाई क्षेत्रफल से प्रति इकाई समय में उत्सर्जित कुल विकिरण ऊर्जा ($E$), उस वस्तु के परम तापमान (Absolute Temperature in Kelvin, $T$) की चतुर्थ घात (Fourth Power) के समानुपाती होती है:” $$E = \sigma \cdot T^4 \quad \text{(तथा सामान्य वस्तु के लिए: } E = \varepsilon \cdot \sigma \cdot T^4 \text{)}$$ जहाँ $\sigma$ = स्टीफन-बोल्ट्जमैन स्थिरांक $= \mathbf{5.67 \times 10^{-8}\text{ W m}^{-2}\text{ K}^{-4}}$ (या $8.13 \times 10^{-11}\text{ cal cm}^{-2}\text{ min}^{-1}\text{ K}^{-4}$), तथा $\varepsilon$ = उत्सर्जकता (Emissivity; कृष्णिका के लिए $\varepsilon = 1$)।
कृषि निष्कर्ष: यदि किसी वस्तु का केल्विन तापमान दोगुना हो जाए, तो उससे निकलने वाला विकिरण $2^4 = 16$ गुना बढ़ जाता है!

3. वीन का विस्थापन नियम (Wien’s Displacement Law, 1893): “किसी उत्सर्जक वस्तु से निकलने वाले विकिरण की अधिकतम तीव्रता का तरंगदैर्घ्य ($\lambda_{\max}$), उस वस्तु के परम तापमान ($T$, केल्विन में) के व्युत्क्रमानुपाती होता है:” $$\lambda_{\max} = \frac{b}{T} = \frac{2897}{T} \text{ (in }\mu\text{m)} \quad \text{अथवा} \quad \lambda_{\max} \cdot T = 0.2897\text{ cm K}$$ जहाँ $b = 2897\text{ }\mu\text{m K}$ वीन का स्थिरांक है।
कृषि एवं मौसम निष्कर्ष (अति महत्त्वपूर्ण):

सूर्य ($T \approx 6000\text{ K}$) के लिए: $\lambda_{\max} = \frac{2897}{6000} \approx \mathbf{0.483\text{ }\mu\text{m} \text{ (या } 483\text{ nm — नीला-हरा दृश्य प्रकाश)}}$। इसीलिए सौर विकिरण लघु-तरंग (Short-wave) होता है।
पृथ्वी ($T \approx 288\text{ K}$ या $15^\circ\text{C}$) के लिए: $\lambda_{\max} = \frac{2897}{288} \approx \mathbf{10.06\text{ }\mu\text{m} \text{ (अवरक्त क्षेत्र)}}$। इसीलिए पृथ्वी का पार्थिव विकिरण दीर्घ-तरंग (Long-wave) होता है।

4. किरचॉफ का नियम (Kirchhoff’s Law, 1859): “किसी दिए गए समान तापमान और समान तरंगदैर्घ्य ($\lambda$) पर किसी वस्तु की अवशोषण क्षमता (Absorptivity, $a_\lambda$) और उत्सर्जन क्षमता (Emissivity, $\varepsilon_\lambda$) का अनुपात स्थिर रहता है, और एक आदर्श कृष्णिका के लिए दोनों बराबर ($a_\lambda = \varepsilon_\lambda = 1$) होते हैं।” अर्थात्—“अच्छे अवशोषक ही अच्छे उत्सर्जक होते हैं” (Good absorbers are good emitters)।
कृषि निष्कर्ष: काली कपास मृदा (Black Cotton Soil) दिन में सौर विकिरण को तेजी से अवशोषित कर गर्म होती है और रात में उतनी ही तेजी से ऊष्मा उत्सर्जित भी करती है।

5. लैम्बर्ट का कोसाइन नियम (Lambert’s Cosine Law): किसी क्षैतिज सतह (खेत) पर प्राप्त होने वाली सौर विकिरण की तीव्रता ($I$), सूर्य की किरणों के आपतन कोण या जेनिथ कोण ($\theta$ — ऊर्ध्वाधर से कोण) के कोसाइन ($\cos\theta$) के समानुपाती होती है: $$I = I_0 \cdot \cos\theta = I_0 \cdot \sin\beta$$ (जहाँ $\beta$ = क्षितिज से सूर्य का उन्नयन कोण / Solar Altitude Angle)। इसीलिए दोपहर में जब सूर्य सिर के ठीक ऊपर ($\theta = 0^\circ, \cos 0^\circ = 1$) होता है तो धूप सबसे तेज होती है, और सुबह/शाम को तिरछी किरणें पड़ने पर धूप मंद होती है।

6. बीयर का नियम (Beer-Lambert / Monsi-Saeki Law for Crop Canopy): फसल वितान (Crop Canopy) में ऊपर से नीचे की पत्तियों की ओर जाने पर प्रकाश की तीव्रता ($I$) पर्ण क्षेत्र सूचकांक (Leaf Area Index — $L$ या $\text{LAI}$) के साथ घातांकीय रूप से घटती है: $$I = I_0 \cdot e^{-k \cdot \text{LAI}}$$ जहाँ $I_0$ = फसल के शीर्ष पर आपतित विकिरण, तथा $k$ = विलोपन गुणांक (Extinction Coefficient, मान $0.3$ से $1.0$) है।

4.4 सौर स्थिरांक (Solar Constant): परिभाषा, मानक मान एवं प्रभावित करने वाले कारक

सौर स्थिरांक की प्रामाणिक वैज्ञानिक परिभाषा (Standard Definition of Solar Constant): “सूर्य और पृथ्वी के बीच की माध्य दूरी (Mean Sun–Earth Distance = $14.96\text{ करोड़ किमी}$) पर, पृथ्वी के वायुमंडल की बाहरी सीमा पर (Outside the Atmosphere), सूर्य की किरणों के अभिलंबवत (Normal / Perpendicular to solar beam) रखे गए प्रति इकाई क्षेत्रफल ($1\text{ cm}^2$ या $1\text{ m}^2$) पर प्रति इकाई समय ($1\text{ मिनट}$ या $1\text{ सेकंड}$) में प्राप्त होने वाली कुल सौर विकिरण ऊर्जा की मात्रा को सौर स्थिरांक (Solar Constant — $I_{sc}$) कहते हैं।”

सौर स्थिरांक (Solar Constant) के मानक संख्यात्मक मान (सभी कृषि परीक्षाओं हेतु अनिवार्य):

कैलोरी इकाई (CGS / ICAR पाठ्यपुस्तक मानक) में: $1.94\text{ cal cm}^{-2}\text{ min}^{-1}$ (या $1.94\text{ Langley min}^{-1}$; लगभग $2.0\text{ cal cm}^{-2}\text{ min}^{-1}$)।
SI इकाई (WMO / उपग्रह मापन मानक) में: $1353\text{ W m}^{-2}$ से $1361\text{ W m}^{-2}$ (सामान्यतः $1360\text{ W m}^{-2}$ या $1367\text{ W m}^{-2}$)।
किलोवाट इकाई में: $1.353\text{ से } 1.361\text{ kW m}^{-2}$।
जूल इकाई में: $1353\text{ J m}^{-2}\text{ s}^{-1}$ (या लगभग $8.16\text{ J cm}^{-2}\text{ min}^{-1}$)।
(इकाई नोट: $1\text{ Langley (Ly)} = 1\text{ cal cm}^{-2}$ तथा $1\text{ cal cm}^{-2}\text{ min}^{-1} = 697.8\text{ W m}^{-2}$)।

सौर स्थिरांक को प्रभावित करने वाले कारक:

चूँकि सौर स्थिरांक वायुमंडल की बाहरी सीमा पर मापा जाता है, इसलिए इस पर पृथ्वी के बादलों, धूल या अक्षांश का प्रभाव नहीं पड़ता। इसके मान में $\pm 1.5\%$ से $3.3\%$ का सूक्ष्म परिवर्तन केवल दो खगोलीय कारणों से होता है:

सूर्य और पृथ्वी के बीच की दूरी में वार्षिक परिवर्तन: पृथ्वी की कक्षा दीर्घवृत्ताकार है। 3 जनवरी (उपसौर / Perihelion) को पृथ्वी सूर्य के सबसे निकट ($14.7\text{ करोड़ किमी}$) होती है, तब प्राप्त सौर विकिरण औसत से $\approx 3.3\%$ अधिक होता है; जबकि 4 जुलाई (अपसौर / Aphelion) को पृथ्वी सूर्य से सबसे दूर ($15.2\text{ करोड़ किमी}$) होती है, तब यह $\approx 3.3\%$ कम होता है।
सौर कलंक चक्र (11-Year Sunspot Cycle): सूर्य की सतह पर प्रत्येक $11\text{ वर्ष}$ में सौर कलंकों (Sunspots) और सौर ज्वालाओं की सक्रियता घटती-बढ़ती है, जिससे सौर स्थिरांक में $\approx 0.1\%–0.2\%$ का अंतर आता है।

4.5 वायुमंडल में सौर विकिरण का ह्रास (Depletion of Solar Radiation in the Atmosphere)

जब सौर विकिरण ($100\%$ ऊर्जा) वायुमंडल की बाहरी सीमा में प्रवेश कर पृथ्वी की सतह की ओर आता है, तो मार्ग में उपस्थित गैस के अणुओं, ओजोन, जलवाष्प, धूलकणों (Aerosols) और बादलों से टकराने के कारण इसका एक बड़ा भाग रास्ते में ही कम हो जाता है। वायुमंडल से गुजरते समय सौर विकिरण की तीव्रता में होने वाली इस कमी को सौर विकिरण का ह्रास या क्षीणन (Depletion / Attenuation of Solar Radiation) कहते हैं।

सौर विकिरण का यह ह्रास मुख्य रूप से तीन भौतिक प्रक्रियाओं द्वारा होता है:

1. अवशोषण (Absorption — लगभग 14% से 17% सौर विकिरण का अवशोषण):

वायुमंडल की कुछ विशिष्ट गैसें और बादल सौर विकिरण के कुछ तरंगदैर्घ्यों को सोखकर उसे अपनी आंतरिक तापीय ऊर्जा में बदल लेते हैं:

समतापमंडलीय ओजोन ($\text{O}_3$): यह $0.29\text{ }\mu\text{m}$ ($290\text{ nm}$) से कम तरंगदैर्घ्य वाली घातक पराबैंगनी किरणों (UV-C एवं अधिकांश UV-B) को अवशोषित कर लेती है (हार्टले एवं हगिन्स बैंड)।
ऑक्सीजन ($\text{O}_2$ एवं $\text{O}$): तापमंडल और समतापमंडल में अत्यंत लघु पराबैंगनी किरणों ($<0.20\text{ }\mu\text{m}$) को अवशोषित करती है।
जलवाष्प ($\text{H}_2\text{O}$): क्षोभमंडल में सौर विकिरण के अवरक्त भाग (Near-Infrared: $0.9, 1.1, 1.4, 1.9\text{ }\mu\text{m}$) का सबसे बड़ा अवशोषक जलवाष्प है।
कार्बन डाइऑक्साइड ($\text{CO}_2$), धूलकण एवं बादल: ये भी अवरक्त विकिरण का आंशिक अवशोषण करते हैं।

2. प्रकीर्णन (Scattering — सभी दिशाओं में बिखराव):

जब सौर किरणें वायुमंडल के सूक्ष्म गैस अणुओं और एरोसोल कणों से टकराती हैं, तो बिना तरंगदैर्घ्य बदले प्रकाश की किरणें सभी दिशाओं में बिखर जाती हैं, जिसे प्रकीर्णन (Scattering) कहते हैं। कण के आकार ($r$) और विकिरण के तरंगदैर्घ्य ($\lambda$) के अनुपात के आधार पर यह दो प्रकार का होता है:

(क) रेले का चयनात्मक प्रकीर्णन (Rayleigh Scattering — जब कण का आकार तरंगदैर्घ्य से बहुत छोटा हो: $r \ll \lambda$ या $r < 0.1\lambda$): यह सूक्ष्म गैस अणुओं ($\text{N}_2, \text{O}_2$) द्वारा होता है। लॉर्ड रेले के नियम के अनुसार प्रकीर्णन की मात्रा तरंगदैर्घ्य की चतुर्थ घात के व्युत्क्रमानुपाती होती है ($S \propto \frac{1}{\lambda^4}$)। चूँकि नीले-बैंगनी प्रकाश का तरंगदैर्घ्य ($0.4\text{ }\mu\text{m}$) लाल प्रकाश ($0.7\text{ }\mu\text{m}$) से कम होता है, इसलिए नीले रंग का प्रकीर्णन लाल रंग की तुलना में लगभग 10 गुना अधिक होता है। इसी कारण स्वच्छ आकाश का रंग नीला (Blue Sky) दिखाई देता है तथा सूर्योदय व सूर्यास्त के समय (जब किरणें लंबी वायुमंडलीय दूरी तय करती हैं और नीला रंग रास्ते में ही बिखर जाता है) केवल लंबी तरंगदैर्घ्य वाला लाल-नारंगी रंग हमारी आँखों तक पहुँचता है।
(ख) मी प्रकीर्णन या अचयनात्मक/विसरित प्रकीर्णन (Mie / Non-selective Scattering — जब कण का आकार तरंगदैर्घ्य के बराबर या बड़ा हो: $r \ge \lambda$): यह बड़े धूलकणों, धुएँ, कुहासे और बादल की जल-बूंदों द्वारा होता है। यह सभी रंगों (VIBGYOR) को समान रूप से बिखेरता है, जिसके कारण बादल और कोहरा सफेद (White) दिखाई देते हैं तथा मरुस्थलीय क्षेत्रों (जैसे राजस्थान) में धूल भरी हवा के समय आकाश धुँधला सफेद या मटमैला दिखाई देता है।

3. परावर्तन (Reflection / Cloud Albedo — लगभग 30% से 35% अंतरिक्ष में वापसी):

बादलों के ऊपरी शिखर, वायुमंडलीय कण और पृथ्वी की सतह (हिम, जल, मरुस्थल व फसलें) आपतित सौर विकिरण के लगभग $30\%–31\%$ भाग को बिना किसी उपयोग के सीधे अंतरिक्ष में वापस परावर्तित कर देते हैं, जिसे पृथ्वी का ग्रहीय एल्बेडो (Planetary Albedo) कहते हैं (इसमें अकेले बादलों का योगदान लगभग $20\%–23\%$ होता है)।

प्रत्यक्ष, विसरित एवं भूमंडलीय सौर विकिरण (Direct, Diffuse and Global Solar Radiation):

प्रत्यक्ष सौर विकिरण (Direct Beam Radiation — $I_b$): सूर्य के गोले से बिना प्रकीर्णित हुए सीधी रेखा में पृथ्वी की सतह पर पहुँचने वाला विकिरण।
विसरित आकाशीय विकिरण (Diffuse Sky Radiation / Sky Light — $I_d$): प्रकीर्णन (Scattering) और बादलों से छनकर पूरे आकाश से सभी दिशाओं से पृथ्वी की सतह पर आने वाला विकिरण (इसी के कारण छाया में या बादल वाले दिन भी उजाला रहता है और फसल की निचली पत्तियाँ भी प्रकाश संश्लेषण कर पाती हैं!)।
कुल या भूमंडलीय सौर विकिरण (Global / Total Solar Radiation — $R_s$): पृथ्वी की क्षैतिज सतह पर प्राप्त प्रत्यक्ष और विसरित विकिरण के योग को कुल या ग्लोबल सौर विकिरण कहते हैं: $$\text{Global Solar Radiation } (R_s) = \text{Direct Radiation on Horizontal Surface } (I_b \cos\theta) + \text{Diffuse Sky Radiation } (I_d)$$

SECTION 05

वैज्ञानिक आरेख एवं शैक्षिक चित्रण (Scientific Diagrams & Educational Images)

आरेख 5.1: सौर विकिरण स्पेक्ट्रम, प्रकाश संश्लेषण सक्रिय विकिरण (PAR: 400–700 nm) एवं क्लोरोफिल अवशोषण बैंड

शैक्षिक व्याख्या (Academic Explanation): उपर्युक्त वैज्ञानिक आरेख दर्शाता है कि सौर स्पेक्ट्रम के $400–700\text{ nm}$ भाग (PAR) में पौधे लाल प्रकाश ($610–700\text{ nm}$) और नीले प्रकाश ($400–510\text{ nm}$) में सर्वाधिक प्रकाश संश्लेषण करते हैं, जबकि हरे प्रकाश ($510–600\text{ nm}$) को पत्तियाँ अधिकांशतः परावर्तित कर देती हैं।

आरेख 5.2: वायुमंडल में सौर विकिरण का ह्रास (Depletion of Solar Radiation — परावर्तन, प्रकीर्णन एवं अवशोषण)

शैक्षिक व्याख्या (Academic Explanation): वायुमंडल के शीर्ष पर आने वाली $100\%$ सौर ऊर्जा में से लगभग $30–31\%$ भाग परावर्तन व प्रकीर्णन द्वारा सीधे अंतरिक्ष में लौट जाता है (Planetary Albedo), तथा लगभग $17–19\%$ भाग वायुमंडलीय गैसों (ओजोन, जलवाष्प) व बादलों द्वारा अवशोषित कर लिया जाता है। शेष लगभग $50–51\%$ भाग ही प्रत्यक्ष किरणों (Direct Beam) और विसरित प्रकाश (Diffuse Sky Radiation) के रूप में पृथ्वी की सतह और फसलों तक पहुँचता है।

आरेख 5.3: प्रमुख सौर विकिरण मापक यंत्र (Pyranometer, Pyrheliometer & Sunshine Recorder)

शैक्षिक व्याख्या (Academic Explanation): विकिरण मापन के तीनों मुख्य यंत्रों का अंतर परीक्षा में बार-बार पूछा जाता है: (1) पाइरेनोमीटर अर्ध-गोलाकार गुंबद द्वारा पूरे आकाश से आने वाला कुल (Direct + Diffuse) सौर विकिरण मापता है; (2) पिरहेलियोमीटर संकरी नली द्वारा केवल सूर्य की सीधी किरणें (Direct Beam) मापता है; तथा (3) कैम्पबेल-स्टोक्स सनशाइन रिकॉर्डर $10\text{ cm}$ व्यास के काँच के लेंस गोले द्वारा कार्ड को जलाकर दिन में तेज धूप की अवधि (Bright Sunshine Hours) रिकॉर्ड करता है।

SECTION 06

विजुअल माइंड मैप (Compulsory Visual Mind Map)

माइंड मैप 6.1: सौर विकिरण की प्रकृति, नियम, सौर स्थिरांक एवं विकिरण ह्रास (Complete Lecture Mind Map)

माइंड मैप सारांश: यह माइंड मैप सौर स्पेक्ट्रम, विकिरण के नियमों (प्लैंक, स्टीफन-बोल्ट्जमैन, वीन), सौर स्थिरांक ($1.94\text{ cal cm}^{-2}\text{ min}^{-1}$), विकिरण ह्रास (अवशोषण, रेले व मी प्रकीर्णन, परावर्तन) तथा विकिरण मापक यंत्रों को एक ही फ्रेम में समेटता है।

SECTION 07

प्रवाह चार्ट एवं इन्फोग्राफिक्स (Flowcharts and Infographics)

सूर्य के प्रकाशमंडल से उत्सर्जित होकर फसल की पत्तियों में कार्बोहाइड्रेट बनने तक सौर विकिरण की यात्रा नीचे चार चरणों में दर्शाई गई है:

चरण 01 (Source)

सूर्य का प्रकाशमंडल (6000 K)

नाभिकीय संलयन ($4\text{H} \rightarrow \text{He}$) से ऊर्जा उत्सर्जन; वीन नियम अनुसार $\lambda_{\max} = 0.483\text{ }\mu\text{m}$; $8\text{ मिनट } 20\text{ सेकंड}$ में पृथ्वी के वायुमंडल के शीर्ष पर आगमन ($I_{sc} = 1.94\text{ cal cm}^{-2}\text{ min}^{-1}$)।

चरण 02 (Attenuation)

वायुमंडलीय ह्रास (Depletion)

ओजोन द्वारा UV का अवशोषण, जलवाष्प द्वारा IR का अवशोषण ($\approx 17–19\%$), बादलों व सतह द्वारा अंतरिक्ष में परावर्तन ($\approx 30–31\%$) तथा प्रकीर्णन।

चरण 03 (Canopy Entry)

फसल वितान पर आपतन (~50%)

प्रत्यक्ष किरणों (Direct Beam) और विसरित प्रकाश (Diffuse Sky Light) का फसल वितान में प्रवेश तथा बीयर के नियम ($I = I_0 e^{-k\cdot\text{LAI}}$) के अनुसार पत्तियों द्वारा अवरोधन।

चरण 04 (Crop Use)

प्रकाश संश्लेषण एवं वाष्पोत्सर्जन

PAR ($400–700\text{ nm}$ — लाल व नीला प्रकाश) द्वारा क्लोरोफिल में $\text{CO}_2$ स्थिरीकरण (भोजन निर्माण) तथा IR ऊर्जा द्वारा वाष्पोत्सर्जन (ET) एवं मृदा तापन।

SECTION 08

तुलनात्मक सारणियाँ (Scientific Comparison Tables)

8.1 रेले प्रकीर्णन (Rayleigh Scattering) एवं मी प्रकीर्णन (Mie Scattering) में अंतर

क्र.सं.	तुलना का आधार (Basis)	रेले प्रकीर्णन (Rayleigh / Selective Scattering)	मी प्रकीर्णन (Mie / Non-Selective Scattering)
1.	कण के आकार एवं तरंगदैर्घ्य का संबंध	जब प्रकीर्णन करने वाले कण का व्यास ($r$) विकिरण के तरंगदैर्घ्य ($\lambda$) से बहुत छोटा हो ($r \ll \lambda$ या $r < 0.1\lambda$)।	जब प्रकीर्णन करने वाले कण का व्यास ($r$) विकिरण के तरंगदैर्घ्य ($\lambda$) के बराबर या उससे बड़ा हो ($r \ge \lambda$)।
2.	प्रकीर्णक घटक (Scattering Agents)	वायुमंडल की शुद्ध गैसों ($\text{N}_2, \text{O}_2$) के अति-सूक्ष्म अणु।	बड़े धूलकण (Aerosols), धुआँ, परागकण, कुहासा और बादल की जल-बूंदें।
3.	तरंगदैर्घ्य निर्भरता (Wavelength Law)	यह चयनात्मक (Selective) है; प्रकीर्णन तरंगदैर्घ्य की चतुर्थ घात के व्युत्क्रमानुपाती ($S \propto \frac{1}{\lambda^4}$) होता है (नीला रंग सर्वाधिक बिखरता है)।	यह अचयनात्मक या कम चयनात्मक होता है; दृश्य प्रकाश के सभी रंग लगभग समान रूप से बिखरते हैं।
4.	दिशात्मक वितरण (Directionality)	आगे (Forward) और पीछे (Backward) दोनों दिशाओं में सममित रूप से बिखरता है।	अधिकांश विकिरण आगे की दिशा (Forward Scattering — पृथ्वी की ओर) में अधिक बिखरता है।
5.	दृश्य प्रभाव (Visual Phenomenon)	स्वच्छ आकाश का नीला रंग (Blue Sky) तथा सूर्योदय व सूर्यास्त की लालिमा।	बादलों, कोहरे और धूल भरी धुंध का सफेद या भूरा-मटमैला रंग दिखना।

8.2 प्रत्यक्ष सौर विकिरण (Direct Beam Radiation) एवं विसरित आकाशीय विकिरण (Diffuse Sky Radiation) में अंतर

क्र.सं.	तुलना का आधार (Basis)	प्रत्यक्ष सौर विकिरण (Direct Beam Radiation)	विसरित आकाशीय विकिरण (Diffuse Sky Radiation)
1.	परिभाषा एवं पथ (Path)	सूर्य की डिस्क से बिना मुड़े या बिखरे सीधी रेखा में धरातल पर पहुँचने वाली किरणें।	वायुमंडलीय अणुओं, धूल व बादलों से प्रकीर्णित होकर पूरे आकाश गुंबद से सभी दिशाओं से आने वाला प्रकाश।
2.	छाया निर्माण (Shadow Formation)	यह वस्तुओं और पेड़ों की स्पष्ट एवं गहरी छाया (Sharp Shadow) बनाता है।	यह कोई स्पष्ट छाया नहीं बनाता, बल्कि छाया वाले स्थानों को भी प्रकाशित रखता है।
3.	मेघाच्छादन का प्रभाव (Cloud Effect)	साफ आसमान वाले दिन में सर्वाधिक होता है और पूर्ण बादल छाए रहने (Overcast) पर शून्य हो जाता है।	आंशिक बादल, धूल या धुंध वाले दिनों में इसका अनुपात बढ़ जाता है (पूर्ण बादल वाले दिन $100\%$ विकिरण विसरित ही होता है)।
4.	फसल वितान में प्रकाश संश्लेषण दक्षता	केवल ऊपरी धूप वाली पत्तियों (Sunlit leaves) पर पड़ता है (जहाँ प्रकाश संतृप्ति हो सकती है)।	फसल वितान के भीतर गहराई तक प्रवेश कर निचली छायादार पत्तियों (Shaded leaves) में भी उच्च दक्षता से प्रकाश संश्लेषण कराता है।
5.	मापक यंत्र (Instrument)	पिरहेलियोमीटर (Pyrheliometer) द्वारा मापा जाता है।	शेडिंग रिंग (Shading Ring) युक्त पाइरेनोमीटर द्वारा मापा जाता है।

SECTION 09

व्यावहारिक कृषि अनुप्रयोग एवं भारतीय/राजस्थान के उदाहरण (Practical Applications)

1. राजस्थान में उच्च सौर विकिरण क्षमता और सौर कृषि (Solar Farming in Rajasthan): राजस्थान (विशेषकर जोधपुर, जैसलमेर, बीकानेर व जयपुर/जोबनेर क्षेत्र) में वर्ष में $300\text{ से } 325\text{ दिन}$ तेज धूप रहती है और प्रतिदिन औसतन $5.5\text{ से } 7.0\text{ kWh m}^{-2}\text{ day}^{-1}$ ($450–600\text{ cal cm}^{-2}\text{ day}^{-1}$) सौर विकिरण प्राप्त होता है। एक ओर यह उच्च विकिरण सिंचाई जल उपलब्ध होने पर मूँगफली, बाजरा, सरसों और गेहूँ में उच्च प्रकाश संश्लेषण व तेल/प्रोटीन संश्लेषण करता है, तो दूसरी ओर पीएम-कुसुम योजना (PM-KUSUM) के अंतर्गत खेतों में सोलर पंप चलाने में राजस्थान देश में प्रथम स्थान पर है।
2. फसल कतार की दिशा (Row Orientation) और प्रकाश अवरोधन: लैम्बर्ट कोसाइन नियम और बीयर के नियम के आधार पर फसलों की कतारों को उत्तर-दक्षिण दिशा (North–South Row Orientation) में बोने की सिफारिश की जाती है, ताकि सुबह (पूर्व) और शाम (पश्चिम) दोनों समय सूर्य का प्रकाश कतारों के बीच की निचली पत्तियों तक अधिकतम मात्रा में पहुँच सके।
3. दीप्तिकालिता (Photoperiodism — गार्नर एवं एलार्ड, 1920): दिन में धूप की अवधि (Photoperiod / Day length) फसलों में वानस्पतिक अवस्था से पुष्पन (Flowering) में प्रवेश को नियंत्रित करती है:
- अल्प प्रदीप्तिकाली पौधे (Short-Day Plants — SDP, क्रांतिक अवधि $<12\text{ घंटे}$): अधिकांश खरीफ फसलें—जैसे धान (Rice), ज्वार, बाजरा, सोयाबीन, मूँग, उड़द, गन्ना एवं तंबाकू।
- दीर्घ प्रदीप्तिकाली पौधे (Long-Day Plants — LDP, क्रांतिक अवधि $>12–14\text{ घंटे}$): अधिकांश रबी फसलें—जैसे गेहूँ (Wheat), जौ (Barley), चना (Chickpea), मटर, सरसों, आलू एवं चुकंदर।
- दिवस निष्प्रभावी पौधे (Day-Neutral Plants — DNP): जिन पर दिन की लंबाई का प्रभाव नहीं पड़ता—जैसे टमाटर, मिर्च, कपास, सूरजमुखी, मक्का एवं राजमा।
4. उद्यानिकी एवं नर्सरी में शेड-नेट (Shade-net) का उपयोग: राजस्थान की भीषण ग्रीष्म ऋतु (मई–जून) में जब सौर विकिरण तीव्रता प्रकाश संतृप्ति बिंदु से बहुत ऊपर चली जाती है, तब सब्जी नर्सरी और पान/फूलों की खेती में $50\%$ या $75\%$ हरे रंग के शेड-नेट का उपयोग कर अतिरिक्त सौर विकिरण को रोका जाता है।

SECTION 10

विकिरण सूत्र, इकाई रूपांतरण एवं हल किए गए संख्यात्मक प्रश्न (Formulas & Numericals)

10.1 प्रमुख विकिरण समीकरण एवं इकाई रूपांतरण (Master Equations & Conversions)

प्लैंक समीकरण: $E = h \cdot \nu = \frac{h \cdot c}{\lambda}$
स्टीफन-बोल्ट्जमैन समीकरण: $E = \varepsilon \cdot \sigma \cdot T^4$ ($\sigma = 5.67 \times 10^{-8}\text{ W m}^{-2}\text{ K}^{-4}$)
वीन का विस्थापन समीकरण: $\lambda_{\max}\text{ (in }\mu\text{m)} = \frac{2897}{T\text{ (in K)}}$
किरचॉफ का नियम: $a_\lambda = \varepsilon_\lambda$ (तथा किसी सतह पर: $a + r + t = 1$, जहाँ $a$ = अवशोषणता, $r$ = परावर्तकता/एल्बेडो, $t$ = पारगम्यता; अपारदर्शी मृदा के लिए $t=0 \implies a + r = 1$)
इकाई रूपांतरण: $$1\text{ Langley (Ly)} = 1\text{ cal cm}^{-2} = 4.184\text{ J cm}^{-2} = 41,840\text{ J m}^{-2}\text{ (या } 0.04184\text{ MJ m}^{-2}\text{)}$$ $$1\text{ cal cm}^{-2}\text{ min}^{-1}\text{ (Ly min}^{-1}\text{)} = 697.8\text{ W m}^{-2}$$ $$1\text{ }\mu\text{m (Micrometer)} = 1000\text{ nm (Nanometer)} = 10,000\text{ \AA (Angstrom)} = 10^{-6}\text{ m}$$

10.2 हल किए गए संख्यात्मक प्रश्न (Solved Numerical Problems)

उदाहरण 1 (वीन के विस्थापन नियम पर आधारित गणना): प्रश्न: यदि दोपहर के समय जोबनेर में रेतीली मृदा की सतह का तापमान $47^\circ\text{C}$ है, तो वीन के विस्थापन नियम के अनुसार उस मृदा सतह से उत्सर्जित होने वाले पार्थिव विकिरण की अधिकतम तीव्रता का तरंगदैर्घ्य ($\lambda_{\max}$) माइक्रोमीटर ($\mu\text{m}$) में ज्ञात कीजिए।

हल (Solution):
दिया गया है: मृदा तापमान $t = 47^\circ\text{C}$
केल्विन में परम तापमान $(T) = 47 + 273 = 320\text{ K}$
वीन के नियम से: $\lambda_{\max} = \frac{2897}{T} = \frac{2897}{320} = \mathbf{9.053\text{ }\mu\text{m}}$ (दीर्घ-तरंग अवरक्त विकिरण)।

उदाहरण 2 (स्टीफन-बोल्ट्जमैन नियम पर आधारित गणना): प्रश्न: एक आदर्श कृष्णिका के रूप में व्यवहार करने वाली नम मृदा सतह का तापमान $27^\circ\text{C}$ है। प्रति वर्ग मीटर क्षेत्रफल से उत्सर्जित कुल विकिरण फ्लक्स ($\text{W m}^{-2}$ में) की गणना कीजिए ($\sigma = 5.67 \times 10^{-8}\text{ W m}^{-2}\text{ K}^{-4}$)।

हल (Solution):
परम तापमान $(T) = 27 + 273 = 300\text{ K}$
$T^4 = (300)^4 = 81 \times 10^8 = 8.1 \times 10^9\text{ K}^4$
स्टीफन-बोल्ट्जमैन सूत्र से: $E = \sigma \cdot T^4 = (5.67 \times 10^{-8}) \times (8.1 \times 10^9) = 5.67 \times 81 = \mathbf{459.27\text{ W m}^{-2}}$।

SECTION 11

त्वरित पुनरावलोकन (Quick Revision Points)

सौर स्थिरांक एवं सूर्य तथ्य:

सूर्य का सतही तापमान: $\approx 6000\text{ K}$ ($5727^\circ\text{C}$)।
सौर स्थिरांक (CGS): $1.94\text{ cal cm}^{-2}\text{ min}^{-1}$ ($\text{Ly min}^{-1}$)।
सौर स्थिरांक (SI): $1353–1361\text{ W m}^{-2}$ ($1.36\text{ kW m}^{-2}$)।
उपसौर (Perihelion — न्यूनतम दूरी): 3 जनवरी।
अपसौर (Aphelion — अधिकतम दूरी): 4 जुलाई।

सौर स्पेक्ट्रम एवं PAR:

पराबैंगनी (UV): $<400\text{ nm}$ ($0.4\text{ }\mu\text{m}$) — $\approx 7–8\%$।
दृश्य प्रकाश / PAR: $400–700\text{ nm}$ ($0.4–0.7\text{ }\mu\text{m}$) — $\approx 44\%$।
अवरक्त (IR): $>700\text{ nm}$ ($>0.7\text{ }\mu\text{m}$) — $\approx 48\%$ (तापीय)।
सर्वाधिक प्रकाश संश्लेषण: लाल ($610–700\text{ nm}$) व नीला प्रकाश।

विकिरण के नियम:

प्लैंक नियम: $E = h\nu = hc/\lambda$।
स्टीफन-बोल्ट्जमैन नियम: $E = \sigma T^4$।
वीन का नियम: $\lambda_{\max} = 2897 / T\text{ (}\mu\text{m)}$ (सूर्य: $0.48\text{ }\mu\text{m}$, पृथ्वी: $10\text{ }\mu\text{m}$)।
किरचॉफ नियम: अच्छे अवशोषक ही अच्छे उत्सर्जक होते हैं।

विकिरण ह्रास एवं यंत्र:

नीले आकाश का कारण: रेले प्रकीर्णन ($S \propto 1/\lambda^4$)।
सफेद बादल का कारण: मी (अचयनात्मक) प्रकीर्णन।
प्रत्यक्ष विकिरण मापन: पिरहेलियोमीटर (Pyrheliometer)।
कुल विकिरण मापन: पाइरेनोमीटर (Pyranometer)।

SECTION 12A

बहुविकल्पीय प्रश्न (Multiple Choice Questions — 20 MCQs)

प्रश्न 1. सौर स्थिरांक (Solar Constant) का मानक मान कैलोरी प्रति वर्ग सेंटीमीटर प्रति मिनट ($\text{cal cm}^{-2}\text{ min}^{-1}$ या $\text{Langley min}^{-1}$) में कितना होता है?

(A) 0.94 cal cm⁻² min⁻¹

(B) 1.94 cal cm⁻² min⁻¹ (लगभग 2.0 Ly/min)

(D) 13.53 cal cm⁻² min⁻¹