الشمس عبارة عن كتلة من الغازات الملتهبة، محيطها حوالي 1٫4 مليون كم وهي بذلك أكبر من الأرض ب 100 مرة. وتدور الشمس حول نفسها بفترة 27 يوما تقريبا. وتطلق الطاقة من الشمس نتيجة التفاعل النووي بين الغازات المكونة للشمس من الكاربون والنتروجين النوويين والهيدروجين مكونات الهليوم أن هذا التفاعل تنتج منه طاقة هائلة لذلك تقدر درجة حرارة الشمس من الداخل بحوالي 20 مليون درجة مئوية. وتقدر درجة حرارة الشمس من الخارج ب 6000 ك. وهي بذلك تشبه الجسم الأسود في إشعاعها. والشمس تشع بكل الأطوال الموجية، ولكن معدل إشعاعها يكون بالطول الموجي ميكرون. ولتسهيل الأمر فإننا سنقسم الإشعاع الشمسي حسب الطول الموجي إلى ثلاثة أقسام:

(1) الأشعة فوق البنفسجية Ultraviolet وتبدأ من الطول الموجي 0,4001 ميكرون وتشمل أشعة كاما واكس والأشعة فوق البنفسجية. وتكون حوالي 8٪ من الإشعاع الشمسي الواصل إلى أعلى الغلاف الغازي.

(2) الأشعة المرئية Visible وتبدأ من الطول الموجي 07504 ميكرون، وتحتوي على الطيف الشمسي المرئي من اللون البنفسجي إلى اللون الأحمر. وتكون حوالي 41٪ من الإشعاع الشمسي الواصل إلى أعلى الغلاف الغازي.

(3) الأشعة تحت الحمراء وتبدأ من الطول الموجي 0٫75 ميكرون إلى أطوال تصل إلى المليمترات. وتكون حوالي 51٪ من الأشعة الشمسية الواصلة إلى أعلى الغلاف الغازي.

تنتقل الطاقة من الشمس إلى الأرض بالإشعاع Radiation . وبعد دخول الإشعاع الغلاف الغازي يضاف التوصيل Conduction والحمل Convection إلى طرق انتقال الطاقة. فالتوصيل لا يعمل إلا من خلال الأجسام الصلبة القابلة للتوصيل ويكون بطيئاً، أما الحمل فأنه يعمل فقط في السوائل والغازات وهو أسرع وأوسع من التوصيل ويلعب دوراً أكبر في الغلاف الغازي. لذلك فان أهم طريقة لانتقال الطاقة بين الشمس والغلاف الغازي تكون بالإشعاع، لان الفضاء الخارجي الخالي من الهواء لا تنتقل فيه الأشعة إلا بواسطة موجات الإشعاع التي لا تحتاج إلى وسيط لنقلها. فجميع الأجسام التي تكون درجة حرارتها أعلى من صفر (ك) تشع بأطوال موجية تتناقص كلما ارتفعت حرارتها. ولان الشمس جسم ملتهب ذا حرارة مرتفعة فانه يشع بأطوال موجية مختلفة معدلها 0,5 ميكرون. لذلك فان الإشعاع الشمسي يمكن أن يصل إلى أعلى الغلاف الغازي من الشمس حاملا طاقة مقدارها 2 سعرة/ سم / دقيقة وتعادل 1395 واط/م . هذه الكمية من الطاقة تسمى الثابت الشمسي. هذه الكمية من الطاقة إذا حسبت على الأرض ككل تعادل كمية من الطاقة تولد من 180 مليون محطة توليد طاقة كهربائية على الأرض، أو هي أكثر بمائة مرة من كمية الطاقة التي يستهلكها الإنسان على الأرض خلال سنة كاملة. والأرض بدورها بعد أن تسخن من الإشعاع الشمسي تشع، ولكن بأطوال موجية أطول من الإشعاع الشمسي. فقد ذكرنا أن الطول الموجي الصادر من الأجسام يتناسب عكسياً مع درجة حرارة الجسم المشع. لذلك تشع الأرض بأطوال موجية طويلة أطول من الأطوال الموجية للشمس حيث تتراوح بين 8-12 ميكرون. إن كمية الطاقة والمقدرة بغرام - سعرة والساقطة على السنتمتر المربع الواحد بالدقيقة تقاس باللانكلي، لذلك تحسب كمية الطاقة باللانكلي في أعلى الغلاف الغازي حيث يصل 1,94 لا نكلي بالدقيقة هذه الكمية التي تسمى الثابت الشمسي تتباين في اليوم الواحد بمقدار 1.5%. مجموع الطاقة الشمسية الواصلة إلى أعلى الغلاف الغازي وحسب دوائر العرض المختلفة وفى أيام السنة المختلفة ، أن كمية الطاقة الواصلة إلى دائرة عرض 40 شمالاً تكون 991 لا نكلي في اليوم في حدها الأقصى في 22 حزيران، وتنخفض إلى 317 لا نكلي باليوم في حدها الأدنى في 22 كانون الأول. السبب في ذلك يعود إلى ميلان محور الأرض باتجاه النجم القطبي. ففي كانون الأول ونتيجة لهذا الميلان يكون ارتفاع الشمس عند الظهيرة في 22 كانون الأول على دائرة عرض 40 شمالاً بزاوية مقدارها 25,5 ، بينما في 22 حزيران وعند الظهيرة يكون بزاوية مقدارها 72,5 ة. لذلك ستنتشر الأشعة في كانون الثاني على مساحة أكبر من انتشارها في حزيران. كما إن الميلان في المحور يؤدي إلى اختلاف طول الليل والنهار على دائرة العرض الواحدة خلال السنة. ففي حزيران يكون طول النهار على دائرة عرض 40  حوالي 15 ساعة، وهذا يعني أن معدل الطاقة الواصلة بالدقيقة هي 11 لا نكلي بالدقيقة. في حين يكون طول النهار في كانون الأول 9,44 ساعة باليوم، مما يؤدي إلى وصول فقط 0,57 لا نكلي باليوم الواحد.  إن أعلى كمية يومية تصل إلى النصف الشمالي تكون في 22 حزيران وعند دائرة عرض 90 شمالاً، حيث يستلم القطب الشمالي 1077 لا نكلي يومياً. وبتقسيم هذه الكمية على عدد ساعات الشروق باليوم الواحد في القطب والتي هي 24  ساعة، يكون معدل الطاقة الواصلة هو 0,75 لا نكلي بالدقيقة الواحدة. هذه الكمية اقل من الكمية الواصلة إلى دائرة عرض 540 شمالاً والتي هي 1٫1 لا نكلي بالدقيقة. ولكن طول النهار في القطب الذي يزيد بتسعة ساعات يومياً عن طول النهار فى دائرة عرض 540 يعوض عن ذلك فترتفع كمية الطاقة اليومية الواصلة إلى القطب عن كمية الطاقة اليومية الواصلة إلى دائرة عرض 40 5.

في 22 كانون الثاني يستلم القطب الجنوبي أعلى كمية يومية وهي 1149 لا نكلي باليوم، ويعني 0٫8 لا نكلي بالدقيقة. عند دائرة عرض 20 جنوباً يكون طول النهار 13,35 ساعة، وعند دائرة عرض 30 جنوباً يكون طول النهار 14٫08 ساعة. هذا يعني أن معدل 1٫25 لا نكلي بالدقيقة يصل إلى دائرة عرض 20 ، ومعدل 1٫23 لا نكلي بالدقيقة يصل إلى دائرة عرض 30ن. لذلك ونتيجة هذا الاختلاف في طول النهار يستلم القطب الجنوبي أعلى كمية طاقة باليوم.

إن أعلى كمية طاقة بالدقيقة في 22 حزيران تصل إلى دائرة عرض 23,5 شمالاً وهو مدار السرطان لان الشمس تكون عليه عمودية، ولكن طول النهار الذي هو اقصر من طول النهار القطبي يؤدي إلى استلام المدار كمية طاقة اقل من القطب. كما إن أعلى كمية طاقة بالدقيقة في 22 كانون الأول تصل إلى دائرة عرض 23٫5 جنوباً وهو مدار الجدي لان الشمس تكون عمودية عليه. ولنفس السبب فان اختلاف طول النهار بين القطب ومدار الجدي يجعل القطب الجنوبي يستلم طاقة اكبر من الطاقة المستلمة عند مدار الجدي.