Solkonstant

Den solkonstanten E ₀ er den utenomjordiske irradians ( intensitet ) fordelt på flere år , noe som treffer jorden fra solen til en gjennomsnittlig avstand fra jorden til sol uten påvirkning av atmosfæren vinkelrett på retningen av strålingen. Uttrykket "konstant" brukes konvensjonelt, selv om det ikke er en naturlig konstant .

Etablering og sesongmessige svingninger

I 2015 ble solakonstanten bestemt av IAU i henhold til nye måleresultater

${\ displaystyle E_ {0} = 1361 \ mathrm {\ frac {W} {m ^ {2}}}}$

(Oppløsning B3) og har blitt utført på CODATA siden den gang .

På grunn av eksentrisiteten til bane svinger avstanden mellom jorden og solen mellom 147,1 og 152,1 millioner kilometer hvert år. Med den svinger strålingen utenfor atmosfæren mellom 1325 og 1420 W / m². I perihelion er verdien altså ca 3,4 prosent over og i aphelion ca 3,3 prosent under årlig gjennomsnitt.

Når været er klart, kommer tre fjerdedeler av den utstrålte solenergien til havnivå, da en del av den reflekteres og absorberes av atmosfæren. Solenergien som kommer til bakken synker derfor til rundt 1000 W / m² selv i klart vær. Selv lette cirrusskyer lar denne verdien falle ytterligere, til omtrent halvparten av den opprinnelige verdien, og dermed under 700 W / m².

Gjennomsnittsverdien for solkonstanten ble satt i 1982 av Verdens meteorologiske organisasjon i Genève til:

${\ displaystyle E_ {0} = 1367 \ \ mathrm {\ frac {W} {m ^ {2}}} = 1367 \ \ mathrm {\ frac {J} {m ^ {2} \, s}} = 1367 \ \ mathrm {\ frac {kg} {s ^ {3}}}}$.

Svingninger og langsiktige økninger

Selve solens strålende kraft er nesten konstant. Den elleve år lange solflekkesyklusen forårsaker også bare svingninger - både i det synlige spekteret og i total stråling - på mindre enn 0,1 prosent.

I UV-området under 170 nm kan strålingen variere med en faktor på 2. I røntgenområdet mellom 0,2 og 3 nm kan strålingsutgangen økes med opptil to størrelsesordener, dvs. H. med en faktor på 100. Når det gjelder solfakkel , er endringer med mer enn fem størrelsesordener (dvs. med en faktor større enn 100.000: A1 opp til> X17 som 4. november 2003) mulig i røntgenområdet mellom 0,1 og 0,8 nm.

Middels langsiktige forstyrrelser av jordens bane, som også påvirker bestrålingen på jorden, er beskrevet av Milanković-syklusene .

På lang sikt, som et resultat av naturlig utvikling som en hovedsekvensstjerne, øker solens strålingseffekt med rundt en prosent hvert 100 millioner år. Kort tid etter opprettelsen var lysstyrken bare rundt 70 prosent av den nåværende verdien. Når vi vurderer klimaet i jordens tidlige historie, må dette aspektet tas i betraktning, mens det ikke har spilt en rolle siden menneskets historie.

Vinkelavhengighet

Effekten per kvadratmeter er alltid relatert til et område som er vinkelrett på strålingen. Hvis solen ikke er vinkelrett på den bestrålte overflaten, er strålingseffekten i forhold til det bestrålte området:

${\ displaystyle E_ {0} \ cdot \ sin (\ alpha)}$hvor er vinkelen mellom strålingsinnfallets retning og overflaten.${\ displaystyle \ alpha \! \;}$

Flere fakta

Solens strålekraft som konstant skinner på jorden kan beregnes som produktet av solkonstanten ( E ₀ = 1361 W / m ² ) med arealet til jordens kontur . Jordens kontur er tilnærmet en sirkel med (gjennomsnittlig) jordens radius R ₀ = 6371 km. Den totale strålende kraften til solen som tilføres jorden er følgelig ca. 174 petawatt (PW):

${\ displaystyle E_ {0} \ cdot \ pi R_ {0} ^ {2} = 173 {,} 55 \ cdot 10 ^ {15} \, \ mathrm {W}}$

Jordens totale overflate er fire ganger så stor som arealet til jordens kontur. Jorden sender konstant varmestråling fra hele overflaten ut i rommet med en fjerdedel av solkonstanten ( E ₀ = 1361 W / m ² ) . Overflatetemperaturen på jorden har justert seg slik at det er en likevekt her. ${\ displaystyle 340 {\ mathrm {\ frac {W} {m ^ {2}}}}}$

Til sammenligning var verdens energibehov for menneskeheten 140 PWh i 2010 (166 PWh eller 14,282 Gtep eller 600 EJ i 2018 ifølge IEA). Solen utstråler derfor i underkant av mer energi til jorden på en time enn dagens årlige energibehov for mennesket.

Jordens atmosfære og klima påvirker global stråling på jordoverflaten. Den geometriske effekten beskriver luftmassen ( Air Mass ).

For å utelukke atmosfærens innflytelse, har det blitt gjort målinger av solkonstanten i rommet siden 1978. SOHO-satellitten , som ble lansert i 1995 , observerer kontinuerlig solen med Virgo- radiometeret . Målingene koordineres av Royal Meteorological Institute of Belgium .

Strålende kraft fra solen

Fra solkonstanten ( E ₀ = 1,361 W / m ² ) kan være den strålingseffekt cp beregne sol, ved å reagere med overflaten A av den konvolutten ball multiplisert med solen, radien i den sentrale Erdabstands r = 149,6 x 10 ⁹ m har:

${\ displaystyle \ Phi = E_ {0} A = E_ {0} \ times 4 \ pi r ^ {2} = 3 {,} 828 \ times 10 ^ {26} \, \ mathrm {W}}$

Størrelsen på solens strålekraft kan også estimeres ved hjelp av Stefan-Boltzmann-loven, og omvendt kan solkonstanten estimeres.

Solstråling i Tyskland

Værforhold	sommer	vinter
stort sett klar himmel	opptil 1000 W / m²	opptil 500 W / m²
lett til middels uklarhet	opptil 600 W / m²	opptil 300 W / m²
tungt skydekke til overskyet tåke	opptil 300 W / m²	opptil 150 W / m²

Det som menes er solinnstrålingen på en kvadratmeter av en overflate nær bakken når solen er på sitt høyeste rundt middagstid ( merk sommertid om sommeren !) Og overflaten er orientert i rett vinkel mot den innfallende strålingen.

Solkonstanter av planetene

Følgende tabell gir solkonstanten for planetene og utvalgte andre himmellegemer i solsystemet:

planet	Stor halvakse i AE	Gjennomsnittlig E e i W / m²	E e i forhold til jord
Kvikksølv	0,387	9126.6, 0	6.70600
Venus	0,723	2601.3, 0	1.91100
jord	1000	1361, 0	1, 00000
Mars	1,524	589.2, 0	0,43300
(1) Ceres	2.766	179, 0	0,13100
Jupiter	5.204	50,50, 0	0,03700
Saturn	9 582	14.99, 0	0,01100
Uranus	19,201	3.71	0,00270
Neptun	30.047	1.51	0,001110
(134340) Pluto	39,482	0,873	0,00064
(136199) Eris	67,700	0,3	0,00022

Se også

• solstråling
• Solenergi
• Drivhuseffekt
• Luftmasse (astronomi)

Individuelle bevis

1. ↑ Reimann, Hans-Georg; Weiprecht, Juergen Compendium for den astronomiske praksisplassen .
2. ↑ Hans-Günther Wagemann, Heinz Eschrich: Fundamentals of photovoltaic energy conversion (=  Teubner study books physics ). Teubner, Stuttgart 1994, ISBN 3-519-03218-X . 
3. ↑ Spenningsfeltet til global energibehov . kf2strategy.de.
4. ↑ Utforsk energidata etter kategori, indikator, land eller region , på iea.org.
5. ↑ Solstråling solar.lucycity.de, ikke tilgjengelig 10. april 2021.