Сонце є гігантською розжареною газовою кулею, що складається з розжарених парів тих самих елементів, з яких складається Земля та інші небесні тіла. Переважним елементом є водень, а відтак гелій. Невичерпність колосальної енергії Сонця пояснюється з точки зору термоядерного синтезу. Реакція полягає у перетворенні водню на гелій у співвідношенні чотирьох атомних ядер водню до одного ядра гелію з виділенням атомної енергії. Перетворення проходить через низку проміжних реакцій. Діаметр Сонця в 100 разів перевищує діаметр Землі і дорівнює 1 391 000 км. Температура поверхні Сонця, що випромінює, досягає 6000 °С, а в глибоких шарах — 40 000 000 °С. Ця найближча до нас зірка перебуває на відстані 149 500 000 км від Землі. Сонце також має свою атмосферу, до складу якої входить 65 елементів періодичної системи Менделєєва.
Видима на небосхилі у вигляді диска поверхня Сонця називається фото-сферою, від якої до нас доходить майже вся світлова і теплова енергія Сонця. Її товщина становить 200—300 км. Поверхня фотосфери складається з дрібних ясних зернин, розкиданих на темному тлі диска, fx називають гранулами, вони являють собою течії гарячих газів. Холодніші шари газів, які на тлі навколишньої атмосфери здаються темними, називають сонячними плямами. Утворення плям на Сонці характеризується циклічністю і визначається одинадцятирічним періодом. Такий самий період зберігають у своєму утворенні факели і флокули, протуберанці та волокна.
Над фотосферою розміщена хромосфера, що досягає 12—14 км. Нижній шар цієї частини атмосфери Сонця "обертальний" і має висоту 500 км. її спектр складається з яскравих ліній, головним чином водню, гелію і кальцію.
Хромосфера переходить у зовнішню частину атмосфери Сонця — корону, яка простягається на мільйони кілометрів і являє собою срібне сяйво, що оточує Сонце, і має складну променеву структуру. Форма корони періодично змінюється у зв'язку з одинадцятирічним періодом сонячної активності. Матерія корони вирізняється інтенсивним УФ-випромінюванням, яке відіграє вирішальну роль в іонізації верхніх шарів атмосфери.
Енергію Сонця на межі атмосфери, що падає на 1 см2 поверхні, перпендикулярної напрямові променів, протягом 1 хв і виражену в калоріях, називають сонячною постійною. Вона дорівнює 1,98 кал/см2 за 1 хв, або 7,86 Дж/хв. Промені Сонця, сягаючи атмосфери, підлягають енергетичним змінам, зумовленим процесами поглинання, розсіювання і відбиття. Кількість відбитої від Землі променевої енергії, котра виражається у відсотках щодо кількості енергії, яка падає на неї, називається альбедо. Максимальна властивість відбиття спостерігається під час падіння променів на сніг, водну поверхню, пісок, а мінімальна — на вологий ґрунт, чорнозем. Головним складником радіаційного балансу є пряма сонячна радіація, напруга якої за рік виростає з півночі на південь. Баланс сонячної енергії формується таким чином: річну кількість сонячної енергії, котра падає на верхню межу атмосфери, припускають за 100%. Від Землі відбивається і повертається назад у космічний простір 42% енергії, причому 38% відбивається атмосферою і 4% — поверхнею Землі. Решту (58%) поглинають атмосфера (14%) і ґрунт (44%). Нагріта поверхня Землі повертає назад усю поглинуту енергію. При цьому випромінення енергії земною поверхнею становить 20%, на нагрівання повітря і випадання вологи йде 24%. Кількість сонячної енергії в окремих районах Землі залежить від кута падіння сонячних променів. Що більша висота Сонця над горизонтом, тобто, що пряміше падають сонячні промені, то більша кількість сонячної енергії падає на одиницю площі. Коли нижній край Сонця розташований майже біля горизонту, сонячні промені проходять в атмосфері шлях майже в 35 разів довший, ніж у тому разі, коли Сонце перебуває в зеніті. У районі екватора висота Сонця над горизонтом протягом року найбільша.
Річний хід інсоляції змінюється з широтою місця і перпендикулярною поверхнею. З підйомом на перші 3000 м радіація збільшується на 10% на кожний кілометр. У разі підйому на висоту маса атмосфери, яку проходять сонячні промені, зменшується, тому збільшується інтенсивність радіації. Радіація значною мірою поглинається і розсіюється хмарами, туманами і порохом, тому фактична її кількість виявляється нижчою. Сонячна радіація, сягаючи Землі, поглинається ґрунтом і морями, що згодом стають джерелами випромінення. Волога, що міститься у повітрі, затримує випромінення земної поверхні і навколишніх предметів. Найінтенсивніше випромінення відбувається в напрямі до зеніту і слабше — до горизонту, на шляху до якого променевому потоку доводиться перемагати більшу масу повітря, ніж на шляху до зеніту. Дорожній покрив і ґрунт міста інтенсивно прогрівають сонячні про¬мені, тому вони випромінюють велику кількість радіації, ступінь якої визначається і висотою будинків і шириною забудови.
Дерева, що ростуть уздовж міських вулиць, і трав'яні смуги значно знижують опромінення пішоходів. Ось чому зелені насадження міста є важливим засобом боротьби з надмірною дією випромінення. На ступінь інтенсивності радіації впливає також забруднення атмосферного повітря.
Сумарна радіація Сонця з кожної точки неба надходить на поверхню Землі у вигляді прямої і розсіяної. Максимум сонячної радіації протягом доби спостерігається о 12-й годині, коли Сонце максимально наближається до зеніту. Максимальне напруження радіації в південних широтах буває в березні-квітні, а з північних — квітні - травні. Другий, найменш виражений, максимум припадає на серпень - вересень. Мінімальне полудневе значення спостерігається в грудні, а також у липні - серпні (мал. 22).Такий розподіл радіації зумовлений висотою Сонця і прозорістю атмосфери. При безхмарному небі максимум радіації припадає на короткі УФ-промені, для похмурого неба максимум радіації зміщується в більш довгохвильову частину спектра. У річному ході максимум розсіяної радіації спостерігається в червні-липні, мінімум — у грудні, і це здебільш визначається висотою Сонця.
Унаслідок зазначених процесів поглинання, відбиття і розсіювання сонячних променів спектр Сонця обмежений і біля поверхні Землі змінюється. Сонячна радіація є одним із видів електромагнітних випромінювань (мал. 23).Біологічна дія сонячної радіації залежить від структури радіації. На поверхню Землі падає 59% інфрачервоного випромінення — 40% видимого і 1% УФ.
УФ-промені займають проміжне положення між тепловою радіацією та радіацією, що проникає. УФ-промені є довгохвильовою частиною — 315—400 нм (УФ-А), короткохвильовою — 280—315 нм (УФ-В) і коротшою ніж 280 нм (УФ-С; табл. 5). Останню радіацію затримує атмосфера.
Найхарактернішим проявом дії УФ-променів є фотохімічні реакції. Ці промені вирізняються також високою властивістю поглинатися більшістю тіл, у тому числі й повітрям.
Біологічна дія УФ-променів багатогранна. У разі їхньої дії на шкіру виникає характерна реакція у вигляді еритеми. Однак ця дія УФ-радіації здійснюється рефлекторним шляхом, а тому проявляється не тільки на шкірі, а й на всьому організмі. В організмі виникають первинні фотоелектричні і подальші складні фотохімічні процеси, внаслідок яких і проявляється на шкірі еритема. Доведено відмінність у перебігу шкірної еритемної реакції, що виникає під дією короткохвильових і довгохвильових УФ-променів. Наприклад, довгохвильова УФ-радіація спричинює підвищення температури шкіри і підвищення кровопостачання її опроміненої ділянки за рахунок розширення судин, а дія короткохвильової УФ-радіації призводить до зниження температури шкіри та її почервоніння.
Ефект засмаги для окремих довжин хвиль також різний: за довжини хвилі 300 нм відносна одиниця дорівнює 1,7, а за довжини хвилі 370 нм — 0,17, тобто приблизно в 10 разів менше. Б основі цієї реакції лежить рефлекторний акт, в якому безпосередньо бере участь ЦНС. Еритема має, як правило, різкі межі і розвивається тільки в місці дії радіації. Характерним є також те, що еритема утворюється тільки після латентного періоду і переходить у засмагу. На місці еритеми набухають клітини епідермісу, з'являється інфільтрат, згодом настає ороговіння, товщина епітелію збільшується і процес закінчується пігментацією опроміненої ділянки шкіри, тобто засмагою. Пігмент меланін, що надає шкірі людини певного кольору, розміщений головним чином у клітинах базального шару епідермісу й утворюється внаслідок дії окисного ферменту з безбарвних пропігментів — меланогенів. Процес утворення пігменту змінює оптичні властивості шкіри, і це призводить до збільшеного поглинання нею сонячних променів. Чутливість шкіри навесні підвищена порівняно з осіннім періодом. Оптичні властивості шкіри можуть різко змінюватися залежно від ступеня вологості шкіри. Альбедо загальної радіації від сухої шкіри менше. Чутливість шкіри до УФ-променів підвищується зі збільшенням висоти. Пігментована шкіра значно швидше звикає і значно раніше втрачає чутливість до УФ-променів, ніж непігментована.УФ-промені ще більше впливають на очі. Вони переважно ушкоджують око, у першу чергу рогівку і кон'юнктиву. Найчастішим ураженням є фото-офтальмія. Вона проявляється після латентного періоду болем в очних яблуках, зниженням гостроти зору, фотопсією, гіперемією і набряком кон'юнктиви, повік очного яблука, блефароспазмом, сльозотечею, світлобоязню, звуженням зіниць. Хворобу супроводжують загальні симптоми — головний біль, в'ялість, безсоння, прискорення пульсу, загальний неспокій (снігова сліпота).
Фотохімічні реакції, що виникають під впливом УФ-променів, сприяють утворенню вітаміну D із провітаміну 7-дегідрохолестерину. Таким чином, використання антирахітичного ефекту УФ-променів як тесту для біологічної оцінки УФ-радіації Сонця цілком виправдане.
Давно відома також бактерицидна дія УФ-променів, що широко використовується на практиці, зокрема для санації і дезінфекції різних об'єктів навколишнього середовища — повітря, води, харчових продуктів, хірургічних інструментів тощо.
УФ-радіація знезаражує воду від черевнотифозної, кишкової, синьогнійної паличок, холерного вібріона та інших мікроорганізмів. Ця властивість радіації відіграє велику роль у самоочищенні рік і морів. Механізм дії полягає в тому, що в тілі бактерій відбуваються фотохімічні процеси, які призводять до колоїдно-хімічних змін і знищення бактерій. Крім того, ці промені також змінюють газовий склад атмосфери, а в навколишніх предметах дають фотоелектричний ефект. УФ-промені поглинаються атомарним киснем, азотом і воднем, а нижче — молекулярним киснем. Це зумовлює фотодисоціацію молекул кисню. Атом кисню, що звільняється, утворює з молекулою кисню озон — 03. Шар озону також поглинає УФ-промені. УФ-промені поглинаються киснем і оксидами азоту. Вони є іонізаторами повітря.
Дія УФ-променів полягає не тільки в стерилізації навколишнього середовища, а й проявляється у підвищенні імунобіологічних властивостей організму людини. Під впливом УФ-променів краще відбуваються процеси загоєння ран, коли велике значення набувають агенти, що руйнують клітинну субстанцію, що пов'язано з появою гістаміноподібних речовин, які зрушують активну реакцію тканин у кислий бік і цим підвищують проникність капілярної стінки і клітинних мембран. Гістамін відіграє роль захисного механізму.
Таким чином, бактерицидна дія УФ-променів на рани, їхня здатність швидко виділяти гній, стимулювати кератопластичні функції організму і тамувати біль сприяє також прискореному загоєнню ран.
УФ-промені здатні стимулювати фізіологічні функції організму і позитивно впливати на обмін речовин.
Однак відомі захворювання, що спричиняються УФ-променями. Негативна їхня дія проявляється виникненням еритеми з набряком шкіри, супроводжується поганим самопочуттям, неспокійним сном, головним болем і підвищенням температури тіла. Іноді виникає різко виражений дерматит із почервонінням і набряком, з утворенням пухирів, У разі, коли шкіра сенсибілізована, її чутливість до УФ-променів значно підвищується. Це трапляється/ наприклад, у хворих із свинцевою інтоксикацією, у хворих на кір. Визначена також бластомогенну дію УФ-променів з довжиною хвиль 303—280 нм. Можливість появи раку шкіри під дією УФ-променів доведено експериментом на тваринах.
Запобігти надлишковому опроміненню можна шляхом виконання медичних рекомендацій під час приймання сонячних ванн або під час виконання фізичного навантаження в умовах відкритої атмосфери.
Сонячне голодування, спричинене недостатнім опроміненням організму людини УФ-радіацією, котре буває в наших широтах особливо взимку, може стати причиною зниження адаптаційних можливостей організму до інфекційних і токсичних агентів, порушення обміну речовин, росту захворюваності.
Гігієнічні заходи в галузі профілактики УФ-голодування передбачають правильне планування населених пунктів, охорону атмосферного повітря від забруднень, застосування увіолевого засклення вікон та рекомендації щодо тривалішого перебування людей на відкритому повітрі.
Для цього існують спеціальні фотарії, в яких за допомогою ртутно-кварцових ламп або еритемних люмінесцентних ламп опромінюють різні контингенти людей.
УФ-радіація у складі сонячної радіації в медичній практиці вимірюється за допомогою біодози — одиниці, що є найменшою дозою УФ-опромінення, котре спричинює на шкірі ледве помітне почервоніння після 6—20 год опромінення. У відповідних приладах біодоза визначається в мікроватах і дорівнює 600—800 мкВт/см2. Мінімальна добова профілактична доза для людини, яка не допускає розвитку рахіту, дорівнює 1/8 біодози, або 75—100 мкВт/см2, а оптимальною слід вважати 1/4—1/2 біодози, тобто 200—400 мкВт/см2.
Видима ділянка спектра утворена видимими променями і міститься в проміжному положенні між УФ- і інфрачервоними променями. Діапазон цих хвиль становить 400—760 нм. Видиме проміння характеризується специфічною дією на орган зору. Доведено також дію світла на шкіру. Видима частина радіації Сонця підвищує рівень життєдіяльності організму, оскільки зміни освітлення мають умовнорефлекторне значення для виявлення добових і сезонних біологічних ритмів. Під впливом видимої радіації бактеріофаг дизентерійних бацил втрачає активність. Вважається, що червоно-жовті кольори діють збудливо, а синьо-фіолетові — пригнічують. Зелений колір є нейтральним. Це треба враховувати, вибираючи кольори для фарбування стін житлових, громадських і лікувальних закладів.
Інфрачервона сонячна радіація поділяється на короткохвильову (760 — 1400 нм) і довгохвильову (1500—25 000 нм).
Біологічна дія інфрачервоної радіації полягає здебільш у тепловому ефекті. Довгохвильові інфрачервоні промені поглинаються шаром шкіри, а короткі проникають глибше. Непігментована шкіра поглинає 38% інфрачервоних променів, а пігментована — 58%. Поглинаючись тканинами організму, інфрачервоні промені спричинюють підвищення температури опроміненої ділянки шкіри й утворення теплової еритеми. Водночас вони зумовлюють загальну реакцію організму за допомогою численних рецепторних закінчень, що проявляється зміною температури тіла, кров'яного тиску, прискоренням пульсу, зміною обміну речовин, видільної функції нирок. Спостерігаються також зміни з боку серцево-судинної і дихальної систем, зміни в органі зору, внаслідок чого можливі явища сонячного удару.
Сонячний удар виникає за рахунок місцевого опромінення голови і потилиці. Кістки черепа пропускають довгохвильові промені, і температура між черепною коробкою і мозком може підвищитися до 41 °С. При цьому з'являється еритематозне запалення мозкових оболон і виражена дія на мозкові центри, що призводить спочатку до головного болю і запаморочення, а згодом до непритомності, судом, порушення серцево-судинної і дихальної систем. У тяжких випадках може настати смерть.
Однак реакція у відповідь на дію видимих та інфрачервоних променів виявляється насамперед у зміні терморегуляції. Шкіра відбиває приблизно 30% усієї енергії Сонця, що діє на неї. Видимі й інфрачервоні промені, що потрапляють на шкіру, за допомогою рецепторів збуджують терморегуляторні центри. Сприйняте тепло передається рецепторами судин, і відбувається розширення артеріол і капілярів. Гіперемія шкіри сприяє підвищенню її температури. У терморегуляторних функціях головну роль відіграє гіпоталамічна ділянка, вегетативні апарати якої розцінюються як вищі вегетативні відділи. Представництво вегетативної нервової системи на всьому протязі кори зумовлює здійснення координації вегетативних апаратів при збудженні кори мозку. Кортикальна регуляція тепловіддачі і теплоутворення забезпечує постійність температури тіла. За низьких температур тепловіддача відбувається шляхом випромінення і проведення, а за високих — переважно випаровуванням. Під впливом сонячної енергії підвищується температура шкіри, й тим більше, чим нижча вихідна величина температури шкіри і чим більша сама доза дії. Що більше організм сприймає теплової енергії, то більше за певних рівних умов виявлятиметься потовиділення. Природно, що дія сонячної радіації завжди супроводжується комплексом метеорологічних умов, які змінюються і визначають загальний тепловий стан організму. Крім того, потрібно також враховувати значну індивідуальну сприйнятливість до сонячного опромінення.
Таким чином, сонячні промені є потужним джерелом енергії, і тому вони знайшли широке застосування в геліотерапії і санітарно-гігієнічних заходах.