Die Sonne, der gigantische Energielieferant, strahlt mit der Erde um die Wette, denn Sonne und Erde befinden sich im Strahlungsgleichgewicht.<\/p>\n
Auch wenn die Sonne in den ersten Apriltagen in Deutschland vielfach nicht von einem wolkenlosen Himmel schien, zeigte sie dennoch, was bereits in ihr steckt. So lie\u00df sie das Quecksilber am Sonntag und Montag in der aus S\u00fcden herangef\u00fchrten Warmluft vielerorts auf Werte um oder sogar knapp \u00fcber 20 Grad ansteigen.<\/p>\n
Die Sonne strahlt fortan, und zwar sozusagen mit der Erde um die Wette, denn Sonne und Erde befinden sich in einem Strahlungsgleichgewicht. Aber wie kann das sein?<\/p>\n
Die Oberfl\u00e4chenstrahlungstemperatur der Sonne betr\u00e4gt etwa 6000 \u00b0C, die dabei abgesendete Strahlungsleistung liegt in der Gr\u00f6\u00dfenordnung von 10 hoch 26 Watt (das ist eine Zahl mit 26 Nullen). Zum Vergleich: Ein gro\u00dfes Atomkraftwerk erzeugt eine Leistung von etwa 10 hoch 9 Watt. Doch diese gigantische abgestrahlte Energiemenge kommt nicht vollst\u00e4ndig bei uns an, denn aus Sicht der Sonne ist die Erde nur ein winziger Punkt im gesamten Weltall. Somit erreichen unseren „Blauen Planeten“, bedingt durch den gro\u00dfen Abstand zum Zentralgestirn, wie man unsere Sonne auch nennt, „nur“ etwa 10 hoch 17 Watt. Das sind bei genauer Berechnung und im Zenit stehender Sonne auf der Oberseite der Erdatmosph\u00e4re (der Grenze zum Weltall) 1368 Watt pro Quadratmeter. Mit dieser Leistung trifft die Sonnenstrahlung auf die Kreisfl\u00e4che des Erdumfangs auf und wird im Allgemeinen als „Solarkonstante“ bezeichnet.<\/p>\n
Durch die Erddrehung trifft aus dem Verh\u00e4ltnis von Tag und Nacht im Mittel auf die gesamte Erdkugel nur ein Viertel von den oben erw\u00e4hnten 1368 Watt pro Quadratmeter auf, d.h. die Sonne strahlt also nur mit einem Viertel der Solarkonstante, also mit 342 Watt pro Quadratmeter in Richtung Erde. Durch die Reflexion der Sonnenstrahlung an Wolken, Wasser- und Landoberfl\u00e4che usw. werden dabei jedoch 30 % (mittleres R\u00fcckstrahlungsverm\u00f6gen=Albedo der Erde) sofort wieder an das Weltall zur\u00fcckgeben. Somit dezimiert sich die effektive mittlere Einstrahlung der Sonne am Erdboden auf 239 Watt pro Quadratmeter. Damit sich die Erde im Laufe der Zeit nicht immer weiter erw\u00e4rmt, wird diese Energie nicht gespeichert, sondern mit demselben Betrag wieder in Form von W\u00e4rmestrahlung an das Weltall zur\u00fcckgegeben. Die von der Sonne ankommende Einstrahlung steht also im Gleichgewicht zur Abstrahlung der Erde an den Kosmos. Bevor dies jedoch geschieht, sorgt eine Vielzahl an Umwandlungsprozessen f\u00fcr den Antrieb unseres globalen Klimasystems und ist somit auch f\u00fcr unser Wetter zust\u00e4ndig.<\/p>\n
Mittels des Stefan-Boltzmannschen Strahlungsgesetzes l\u00e4sst sich anhand der oben genannten 239 Watt pro Quadratmeter die Strahlungsgleichgewichtstemperatur der Erde berechnen. Diese liegt bei -18 \u00b0C (vgl. Sonne 6000 \u00b0C).<\/p>\n
Auf die gleiche Weise l\u00e4sst sich auch die Strahlungstemperatur anderer Planeten herleiten. Ein interessantes Beispiel ist der Planet Venus. Obwohl der Abstand zur Sonne im Vergleich zur Erde deutlich geringer ist, liegt die Strahlungsgleichgewichtstemperatur der Venus bei lediglich -46 \u00b0C. Grund daf\u00fcr ist die extrem hohe Albedo, diese liegt bei fast 78 %. Als krasser Kontrast dazu betr\u00e4gt die mittlere Bodenoberfl\u00e4chentemperatur auf der Venus menschenfeindliche +477 \u00b0C. Dieser gro\u00dfe Unterschied zwischen Strahlungsgleichgewichtstemperatur und Bodenoberfl\u00e4chentemperatur liegt am Treibhauseffekt. Dieser ist durch die Zusammensetzung der dortigen Atmosph\u00e4re sehr stark ausgepr\u00e4gt. Der Hauptbestandteil ist mit 95 % das auch auf der Erde viel diskutierte klimarelevante Treibhausgas „Kohlendioxid“.<\/p>\n
Auch auf der Erde sorgt der nat\u00fcrliche Treibhauseffekt mit seinen verschiedensten Treibhausgasen f\u00fcr eine Erw\u00e4rmung. Zum Gl\u00fcck nicht mit derselben Auspr\u00e4gung wie auf der Venus. Dennoch ergibt sich eine Erh\u00f6hung der Strahlungsgleichgewichtstemperatur von -18\u00b0C um +33 \u00b0C, sodass eine menschenfreundliche mittlere Erdoberfl\u00e4chentemperatur von +15 \u00b0C erreicht wird.<\/p>\n
Relativ einfach zeigt sich durch die obigen Erl\u00e4uterungen, dass die Strahlungsgleichgewichtstemperatur der Planeten durch die Abstrahlung der Sonne, den Abstand zu ihr und durch die Albedo der einzelnen Planeten festgelegt ist. Dagegen steht die Bodenoberfl\u00e4chentemperatur mittels des Treibhauseffektes in starker Abh\u00e4ngigkeit zur Zusammensetzung der Atmosph\u00e4re des jeweiligen Planeten.<\/p>\n
Mag.rer.nat. Michael Tiefgraber<\/p>\n
Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 05.04.2016<\/p>\n
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