Солнечная радиация является единственным источником тепла, поступающего на земную поверхность и в различные слои атмосферы. Путь, который проходит энергия солнечных лучей до перехода ее в тепловую, довольно сложен.
Современные исследования солнечной радиации (так называемые актинометрические исследования) показали, что солнечные лучи до поступления в атмосферу приносят в 1 минуту около 1.92 калорий на 1 см2 перпендикулярной к лучам поверхности. Значит, если на пути солнечного луча вне пределов атмосферы поставить перпендикулярно к нему зачерненную пластинку в 1 см2, то эта пластинка получит количество тепла, способное повысить температуру 1 см3 (1 г) воды на 1.92° Ц. Это так называемая «солнечная постоянная».
По мере прохождения луча вглубь атмосферы его интенсивность постепенно уменьшается. Потери энергии солнечного луча происходят потому, что атмосферный воздух не является совершенно прозрачным. Он частично поглощает эту энергию, превращая ее в тепловую.
Кривая, показывающая интенсивность лучей волн различной длины (выраженных в миллионных долях сантиметра) в солнечном спектре. Сплошная кривая дает остаток этой энергии после прохождения солнечного луча сквозь слой атмосферы. На этом рисунке видно, что наибольшие потери испытывают длинные лучи. Они находятся в невидимой инфракрасной части спектра. Участок кривой солнечного спектра, соответствующий видимым лучам (над незаштрихованной частью нижней полосы), испытывает сравнительно небольшие потери, так как эти лучи непосредственно поглощает атмосферный воздух. Кроме этого поглощения, энергия солнечного луча рассеивается частичками пыли в атмосфере и молекулами воздуха.
Наибольшее рассеяние испытывают лучи коротких волн, входящие в состав солнечного луча, а именно: голубые, фиолетовые и ультрафиолетовые лучи. Наоборот, желтые и красные лучи солнечного спектра рассеиваются в атмосфере в наименьшей степени. Потеря энергии солнечного луча зависит от пути, который он проходит в атмосфере, и, следовательно, от наклона его к земной поверхности. Если солнце находится в зените, этот путь будет наименьшим. По мере приближения его к горизонту длина пути увеличивается, достигая максимальных размеров, когда солнце находится около горизонта.
С приближением солнца к горизонту количество фиолетовых лучей сильно убывает. Относительное же значение красных возрастает, так как они, и в особенности инфракрасные лучи, менее остальных рассеиваются в атмосфере. Это обстоятельство используется при устройстве аэромаяков. Максимум световой энергии аэромаяка сосредоточен у красной части спектра.
Полезно применять красные и желтые светофильтры для световых огней. В противном случае голубые лучи данного источника света не только не улучшают освещения местности, но при туманной погоде ухудшают его. Кругом них образуется световая дымка, так как эти лучи сильнее других рассеиваются туманом.
Огромное значение приведенных выше факторов показывают снимки, сделанные одним и тем же аппаратом, но с пластинками, чувствительными к различным световым лучам. Отдаленная гора на снимке в ультрафиолетовых лучах не видна. Она совершенно затуманена. В световых лучах, чувствительных для глаза, эта же гора видна очень слабо, как бы за вуалью. Снимок же в инфракрасных лучах дает все детали горы без признаков вуали. При работе со светофильтрами не следует забывать об основах безопасности поведения и работы.
Получая тепло от прямых солнечных лучей, земная поверхность поглощает в некоторых случаях и значительное количество энергии от рассеянного света. Рассеянный свет излучается атмосферой и находящимися в ней облачными слоями. Это имеет особенное значение для северных районов, с большим количеством облачных дней.
Остаток энергии солнечного луча, поступивший на земную поверхность, поглощается ею почти полностью. Нагревание зависит как от степени поглощения луча земной поверхностью, так и от теплоемкости последней.
Черная земля, песок, каменистые участки почти полностью поглощают солнечную энергию. Теплоемкость таких участков сравнительно невелика, и нагревание их происходит особенно интенсивно.
Наоборот, влажные участки, участки, покрытые растительностью, и пр. поглощают сравнительно меньшее количество солнечной радиации. Кроме того, они обладают, вследствие присутствия воды, сравнительно большой теплоемкостью. Нагревание таких участков должно происходить значительно менее интенсивно, чем первых.