Quelltext der Seite Sonnenstrahlung

{{Belege fehlen}}
[[Datei:Sonne Strahlungsintensitaet.svg|mini|lang=de|hochkant=2|Intensität der Sonnenstrahlung bei [[Luftmasse (Astronomie)|AM]]<nowiki />0 (erdnaher Weltraum) und AM1,5 (etwa zum [[Sonnenhöchststand]] in Wien) im Vergleich zur Emission eines idealen Schwarzen Körpers bei einer Temperatur von 5900 K.]]
'''Sonnenstrahlung''' oder '''Solarstrahlung''' ist die von der [[Sonne]] ausgesandte [[Strahlung]]<ref>ISO 9488, Nr. 9.2.13</ref>, die auf verschiedene physikalische Effekte zurückgeht. Der Teil des [[Elektromagnetisches Spektrum|elektromagnetischen Spektrums]] der Sonne, der durch die Wärmeabstrahlung der heißen Sonnenoberfläche produziert wird, hat die größte Intensität im Bereich des sichtbaren [[Licht]]s ('''Sonnenlicht'''). Abhängig von der [[Wellenlänge]] wird die Sonnenstrahlung von der [[Erdatmosphäre|Atmosphäre]] mehr oder weniger stark absorbiert. Die an der [[Erdoberfläche]] eintreffende Intensität hängt zudem stark vom [[Wetter]] und vom [[Sonnenstand]] ab.

Neben der [[Elektromagnetische Strahlung|elektromagnetischen Strahlung]] wird von der Sonne auch massebehaftete [[Teilchenstrahlung]] emittiert, die aber meist nicht zur Sonnenstrahlung gerechnet wird. Sie besteht aus den geladenen Teilchen des [[Sonnenwind]]s und den [[Neutrino]]s, die bei der [[Kernfusion]] und Folgereaktionen im Innern der Sonne entstehen.

== Sonnenspektrum ==
[[Datei:Thuill astme590 lambda.png|mini|hochkant=2|Spektrale [[Intensität (Physik)|Intensität]] Sonnenstrahlung in [[Doppelt-logarithmische Auftragung|doppelt-logarithmischer Auftragung]].]]

Das Spektrum der [[Elektromagnetische Welle|elektromagnetischen Strahlung]] der Sonne hat sein Maximum bei etwa 500&nbsp;nm [[Wellenlänge]] (blau-grünes [[Licht#Licht als Sinnesreiz|Licht]]), reicht aber von harter [[Röntgenstrahlung]] mit weniger als 0,1&nbsp;nm bis zu langen [[Radiowelle]]n. Das kontinuierliche [[Elektromagnetisches Spektrum|Spektrum]] ist von etwa 140&nbsp;nm ([[Ultraviolettstrahlung|UVC]]) bis etwa 10&nbsp;cm (Mikrowelle) näherungsweise das eines [[Schwarzer Strahler|Schwarzen Strahlers]] mit einer Temperatur von knapp 6000&nbsp;K, was der Temperatur der [[Photosphäre]] entspricht. Dieses Lichtspektrum unterteilt sich mit den Grenzen unserer Augenwahrnehmung in Ultraviolettes Licht (UV: 100–380 nm), sichtbares Licht (VIS (engl.: visible): 380–780 nm) und Infrarotes Licht (IR: 780 nm – 1 mm).

Im Bereich von naher [[Infrarotstrahlung]] (NIR) bis ins UV enthält das Spektrum eine Vielzahl von [[Absorptionslinie]]n, die sogenannten [[Fraunhoferlinie]]n. Sie entstehen durch Strahlungsabsorption in der Photosphäre der Sonne.

[[Sonneneruption]]en, deren Häufigkeit von der [[Sonnenaktivität]] abhängt, erhöhen die Strahlung im Röntgenbereich kurzfristig um mehrere Größenordnungen, tragen aber nur wenig zur Gesamtstrahlung bei. Oft werden sie von langwelliger Radiostrahlung begleitet ({{enS|Radio bursts}}), die abhängig vom Intensitätsverlauf als ''Typ I'' bis ''Typ V'' kategorisiert wird.

=== Radiostrahlung ===
Die ruhige Sonne strahlt nicht nur im Lichtbereich, sondern im gesamten [[Radiofenster]]. Dort ist ihr Spektrum nicht mehr das eines [[Schwarzer Körper|schwarzen Körpers]], vielmehr steigt die effektive Temperatur von ca. 6000&nbsp;K bei 1&nbsp;cm Wellenlänge auf 1.000.000&nbsp;K bei 10&nbsp;m an. Ebenfalls mit der Wellenlänge wächst der scheinbare Durchmesser der Sonne, die Strahlung wird zunehmend von der äußeren Atmosphäre dominiert. Bei der ruhigen Sonne handelt es sich um thermische [[Bremsstrahlung]] freier Elektronen. Die wichtigsten Strahlungsanteile einer gestörten Sonne sind:
* Langsame Strahlungsänderung proportional zur Sonnenfleckenanzahl, dazu auch [[Solarer Radioflussindex]].
* Rauschstürme oberhalb 100 MHz, Dauer mehrere Tage.
* Strahlungsausbrüche oft in Verbindung mit [[Sonneneruption|Flares]] und [[Koronaler Massenauswurf|CME]], Dauer Sekunden bis Tage. Sie werden unterteilt in Kategorien ''I'' bis ''V'' in Meter- und Dezimeterwellen und Mikrowellenbursts in Zentimeterwellen, [[Synchrotronstrahlung]], supra-thermischer Elektronen, die um Magnetfeldlinien spiralen.<!--
; UV-Strahlung ;Sichtbare Strahlung ;Rote H-Alpha Strahlung ;Röntgenstrahlung: gibt es dazu bereits Artikel?-->

== Sonneneinstrahlung auf die Erde ==
{{Siehe auch|Insolation (Physik)}}

=== Solarkonstante ===
{{Hauptartikel|Solarkonstante}}

Die bei der [[Kernfusion]] im Innern der Sonne entstehenden Neutrinos tragen 2 % der Fusionsleistung fort. Die gesamte elektromagnetische [[Strahlungsleistung]] der Sonne wird durch die thermische Strahlung der Photosphäre dominiert, die um weniger als 0,1 % schwankt.

Die auf die Erde fallende Leistung schwankt wegen der Exzentrizität der [[Erdbahn]] im Jahreslauf um knapp 7 %. Die mittlere Leistung pro Fläche wird Solarkonstante genannt. Sie wird außerhalb der Erdatmosphäre betrachtet und beträgt
:<math>E_0 = 1361\ \mathrm{W / m^2}</math>.

=== Dämpfung durch die Atmosphäre ===
[[Datei:Atmosphäre - Undurchlässigkeit des EM-Spektrums.svg|mini|Die spektrale Durchlässigkeit der Atmosphäre vom UV- bis in den IR-Bereich ohne den Einfluss von Wolken]]

Die Intensität der Sonnenstrahlung ist am Boden geringer als außerhalb der Atmosphäre, deren [[Absorption (Physik)#Elektromagnetische Wellen|Absorption]] und [[Streuung (Physik)|Streuung]] stark wellenlängenabhängig ist: Der vom menschlichen Auge wahrnehmbare Anteil, welcher knapp die Hälfte der solaren Strahlung ausmacht, erreicht bei klarem Wetter und hohem [[Sonnenstand]] zum größten Teil die Erdoberfläche. Die nicht sichtbare Strahlung ist ganz überwiegend nahe [[Infrarotstrahlung]] (NIR), die ca. 46 % der Strahlungsleistung ausmacht<ref>{{Literatur |Autor=Muhammad Iqbal |Titel=An Introduction To Solar Radiation |Datum=1983 |Fundstelle=Tabelle 3.3.3 |Online={{Google Buch |BuchID=3_qWce_mbPsC |SeitenID=PA49}}}}</ref> und zu etwa einem Viertel in der Atmosphäre absorbiert wird, hauptsächlich durch Wassermoleküle. Von der [[Ultraviolettstrahlung]], welche weniger als 10 % der Strahlung ausmacht, dringt UVA weitgehend durch, hauptsächlich geschwächt durch [[Rayleigh-Streuung]], die auch dafür verantwortlich ist, dass der [[Himmel (planetär)|Himmel]] blau ist und man im Halbschatten braun wird. UVB wird von der [[Ozonschicht]] stark absorbiert, UVC von Luftsauerstoff.

Die genaue Berechnung des Strahlungsflusses in Abhängigkeit von Sonnenstand und Höhe über dem Meeresspiegel ist schwierig. Näherungsweise berücksichtigt man lediglich die zu durchdringende Schichtdicke der Atmosphäre in ''[[Air Mass]]''-Einheiten (Luftmasse) und die [[Sonnenscheindauer]]. [[Wolke]]n vermindern die [[Direktstrahlung]], [[Dunst (Atmosphäre)|Dunst]] erhöht die [[Diffusstrahlung]]. Diffusstrahlung und Direktstrahlung an einem Ort ergeben zusammen die [[Globalstrahlung]].

=== Bestrahlungsstärke ===
[[Datei:Oblique rays 04 Pengo DE.svg|mini|Dämpfung der Sonnenstrahlung beim Weg durch die Atmosphäre: a) langer Weg, Verteilung der Strahlung über ein großes Gebiet (Polarregion), b) kurzer Weg, Verteilung über ein kleines Gebiet, Einfallswinkel von 90° am Äquator (Tropen)]]

Fällt die Sonnenstrahlung schräg ein, verteilt sie sich über eine größere Fläche, die [[Bestrahlungsstärke]] sinkt in Abhängigkeit des [[Einfallswinkel]]s. Der Effekt verläuft dabei mit dem [[Sinus]] des [[Höhenwinkel]]s. Der Einfluss der [[Jahreszeit]]en in den Tropen ist kaum merklich. Da der Sonnenstand dort am Mittag immer steil ist, herrscht ein [[Tageszeitenklima]]. Außerhalb der [[Wendekreis (Breitenkreis)|Wendekreise]] besteht ein polwärts zunehmender Unterschied zwischen [[Sommer]] und [[Winter]] und zwar sowohl durch den Einstrahlungswinkel als auch durch die polwärts immer größeren Unterschiede bei den [[Tageslänge]]n.

In [[Mitteleuropa]] steht die sommerliche Mittagssonne 60° bis 67° hoch und strahlt bei idealen wolkenfreien Wetterbedingungen auf eine zur Sonnenrichtung senkrecht stehende Fläche mit einer Strahlungsstärke von etwa 700–900 W/m². Im Winter sind es nur 13° bis 20° und bei kalter trockener Luft können zu Mittag durchaus auch Werte über 800 W/m² erreicht werden. Die [[Sonnenscheindauer]] wird für Einstrahlzeiten gezählt, in denen die Direktstrahlung Werte von über 150 W/m² erreicht und der Schattenwurf anfängt Kontrast zu zeigen.

Die Erwärmung der Erdoberfläche hängt von der [[Astronomische Chronologie|Dauer des hellen Tages]] ab. Ende Juni beträgt die Dauer in Mitteleuropa etwa 16 Stunden, im Dezember 8 Stunden. Das Verhältnis der gesamten eingestrahlten Sonnenenergie beträgt zwischen diesen Monaten etwa 5:1 bis 10:1, wird aber durch [[Wärme]]speicherung vor allem durch die [[Meer]]e gemildert ([[Seeklima]]). Im Gegenzug strahlt die Erdoberfläche Wärme(strahlung) ab, Tag und Nacht. In den längeren Nächten im Dezember länger als in den kürzeren Nächten Ende Juni, was ebenso die gesamte resultierende Erwärmung oder Abkühlung der Erdoberfläche beeinflusst.

Beim Mikro[[klima]] hängt die Bestrahlungsstärke sowohl vom Einstrahlungswinkel ab als auch von der [[Exposition (Geographie)|Sonnenexposition]].

=== Strahlungsbilanz ===
{{Hauptartikel|Strahlungsbilanz}}
[[Datei:2006-06-23 14-47-59 Seychelles - De Quincey Village.jpg| Sonnenlicht, [[Strahlenbüschel]] und Wolken auf den Seychellen|mini]]

Die [[Temperatur]] der Erdoberfläche wird global von der Strahlungsbilanz, dem [[Strahlungshaushalt]] bestimmt. Damit wird das Zusammenwirken von [[Absorption (Physik)|Absorption]] und [[Reflexion (Physik)|Reflexion]] sowie Reemission und Streuung erfasst.

{{Siehe auch|Strahlungshaushalt der Erde}}

== Messung ==
[[Datei:SR20 pyranometer 1.jpg|mini|Ein Pyranometer zur Sonnenstrahlungsmessung]]

Die Messung der Sonnenstrahlung erfolgt über [[Pyranometer]] (parallel zum Boden platziert), [[Pyrheliometer]] (der Sonne nachgeführt) oder [[Sonnenscheinautograph]]en. Letztere sind in der modernen Messtechnik inzwischen veraltet und wurden vor allem zur Bestimmung der [[Sonnenscheindauer]] benutzt. Die Solarkonstante wird hingegen außerhalb der Atmosphäre über [[Radiometer]] gemessen.

== Siehe auch ==
* [[Strahlenbüschel]]

== Literatur ==
* {{Literatur |Autor=Muhammad Iqbal |Titel=An Introduction To Solar Radiation |Verlag=Elsevier |Datum=1983 |ISBN=978-0-32315-181-8}}

== Weblinks ==
{{Commonscat|Crepuscular rays|Sonnenstrahlung}}
{{Wiktionary|Sonnenlicht}}
* {{DNB-Portal|4139254-1}}
* [https://www.starobserver.org/ap100627.html Detailliertes Sonnenspektrum] bei [[Astronomy Picture of the Day]] vom 27. Juni 2010.

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4139254-1}}

[[Kategorie:Solarenergie]]
[[Kategorie:Solarstrahlung| ]]
[[Kategorie:Meteorologische Größe]]
[[Kategorie:Belichtung (Architektur)]]