imported>Danulusus: /* Festlegung und jahreszeitliche Schwankung */ Fehlerhafte min und max Werte korrigiert (Werte basierten auf Solarkonstante von 1370W/m²)

2025-12-05T23:09:55Z

Festlegung und jahreszeitliche Schwankung: Fehlerhafte min und max Werte korrigiert (Werte basierten auf Solarkonstante von 1370W/m²)

Neue Seite

Als '''Solarkonstante''' ''E''0 wird die langjährig gemittelte extraterrestrische [[Bestrahlungsstärke]] ([[Intensität (Physik)|Intensität]]) bezeichnet, die von der [[Sonne]] bei mittlerem Abstand Erde–Sonne ohne den Einfluss der Atmosphäre senkrecht zur Strahlrichtung auf die Erde auftrifft. Der Begriff „Konstante“ wird konventionell verwendet, obwohl es sich nicht um eine [[Naturkonstante]] handelt.

== Festlegung und jahreszeitliche Schwankung ==
2015 wurde die Solarkonstante von der [[Internationale Astronomische Union|IAU]] nach neuen Messergebnissen auf

:<math>E_0 = 1361\,\mathrm{\frac{W}{m^2}} = 1361\,\mathrm{\frac{J}{m^2\,s}} </math>

festgelegt (Resolution B3) und wird seither so auch bei [[Committee on Data for Science and Technology|CODATA]] geführt.

Der bis dahin gültige Wert von <math>1367\,\mathrm{\tfrac{W}{m^2}}</math> wurde 1982 von der [[Weltorganisation für Meteorologie]] in Genf festgelegt.<ref>{{Literatur |Autor=Hans-Günther Wagemann, Heinz Eschrich |Titel=Grundlagen der photovoltaischen Energiewandlung |Verlag=Teubner |Ort=Stuttgart |Datum=1994 |Reihe=Teubner Studienbücher Physik |ISBN=351903218X}}</ref>

Infolge der Bahn[[Exzentrizität (Mathematik)|exzentrizität]] schwankt der Abstand der Erde zur Sonne jahresperiodisch zwischen 147,1 und 152,1 Millionen Kilometern. Mit ihm schwankt die Bestrahlungsstärke außerhalb der Atmosphäre zwischen 1317 und 1408 W/m². Im [[Perihel]] liegt der Wert somit ca. 3,4 Prozent oberhalb und im [[Aphel]] ca. 3,3 Prozent unterhalb des Jahresmittels.

Bei klarem Wetter kommen davon in Meereshöhe drei Viertel der eingestrahlten Sonnenenergie an,<ref>[http://www.astro.uni-jena.de/Teaching/Praktikum/pra2002/node68.html Reimann, Hans-Georg; Weiprecht, Juergen ''Kompendium für das Astronomische Praktikum''].</ref> da ein Teil von der Atmosphäre reflektiert und absorbiert wird. Die am Boden ankommende Sonnenenergie sinkt daher selbst bei klarem Wetter auf etwa 1000 W/m². Schon leichte Cirruswolken lassen diesen Wert weiter, auf etwa die Hälfte des Ausgangswertes, und damit unter 700 W/m² fallen.

== Schwankungen und langfristige Zunahme ==
Die [[Strahlungsleistung]] der Sonne selbst ist nahezu konstant. Auch der elfjährige [[Sonnenfleckenzyklus]] verursacht nur Schwankungen – sowohl im sichtbaren Spektrum als auch in der Gesamtstrahlung – von weniger als 0,1 Prozent.

Im UV-Bereich unterhalb 170 nm kann die Strahlung um den Faktor 2 variieren. Im Röntgenbereich zwischen 0,2 und 3 nm kann sich die Strahlungsleistung um bis zu zwei Größenordnungen, d. h. um den Faktor 100, ändern. Bei [[Sonneneruption]]en sind im Röntgenbereich zwischen 0,1 und 0,8 nm auch Änderungen um mehr als fünf Größenordnungen (d. h. um einen Faktor größer 100.000) möglich.

Mittelfristige Störungen der Erdbahn, die ebenfalls die Bestrahlungsstärke auf der Erde beeinflussen, werden durch die [[Milanković-Zyklen]] beschrieben.

Langfristig nimmt die Strahlungsleistung der Sonne infolge der natürlichen Entwicklung als [[Sonne#Hauptreihenstern|Hauptreihenstern]] um etwa ein Prozent alle 100 Millionen Jahre zu. Kurz nach ihrer Entstehung betrug ihre Leuchtkraft nur etwa 70 Prozent des heutigen Wertes. Bei der Beurteilung des Klimas in der frühen Erdgeschichte muss dieser Aspekt berücksichtigt werden; für den Zeitraum der Geschichte der Menschheit spielt er keine Rolle.

== Winkelabhängigkeit ==
Die Leistung pro Quadratmeter bezieht sich immer auf eine Fläche, die senkrecht zur Strahlung steht. Wenn die Sonne nicht senkrecht über der bestrahlten Oberfläche steht, beträgt die Strahlungsleistung bezüglich der bestrahlten Fläche

: <math>E_0 \cdot \sin(\alpha)</math>,
wobei <math>\alpha</math> der Winkel zwischen der Einfallsrichtung der Strahlung und der Oberfläche ist.

== Weitere Fakten ==

Die ständig auf die Erde einstrahlende Strahlungsleistung der Sonne lässt sich als Produkt der Solarkonstante (''E0'' = 1361 W/m2) mit der Fläche der [[Umriss|Erdkontur]] berechnen. Die Erdkontur ist näherungsweise ein [[Kreis]] mit (mittlerem) [[Erdradius]] ''R0'' = 6.371 km mit der Fläche {{nowrap|1=<math display="inline">\pi R_0^2</math>.}} Die gesamte der Erde zugeführte Strahlungsleistung der Sonne beträgt demnach ca. 174 [[Petawatt]] (PW):

: <math>E_0 \cdot \pi R_0^2 = 173{,}55 \cdot 10^{15}\,\mathrm{W}</math>

Andererseits gibt die Erde ständig Wärme ins Weltall ab, und zwar über ihre gesamte Oberfläche. Da die Oberflächentemperatur auf der Erde sich so eingestellt hat, dass ein Gleichgewicht besteht, und die Oberfläche der Erde <math display="inline">4\pi R_0^2</math> viermal so groß ist wie die Fläche der Erdkontur, „strahlt“ die Erde mit einem Viertel der Solarkonstante, also mit durchschnittlich <math>340\,{\mathrm{\tfrac{W}{m^2}}}</math>.

Zum Vergleich beträgt der [[Weltenergiebedarf]] der Menschheit 166 [[Petawattstunde|PWh]] (600 EJ) im Jahr (Stand 2018).<ref>[https://www.iea.org/data-and-statistics/data-tables?country=WORLD&energy=Balances&year=2018 Explore energy data by category, indicator, country or region], auf iea.org.</ref> Die Sonne strahlt also in einer Stunde knapp mehr Energie auf die Erde als der derzeitige jährliche Weltenergiebedarf der Menschheit beträgt.

Die Erdatmosphäre und ihr Klima beeinflussen die [[Globalstrahlung]] auf der Erdoberfläche. Den geometrischen Einfluss beschreibt die [[Luftmasse (Astronomie)|Luftmasse]] ({{lang|en|Air Mass}}).

Um den Atmosphäreneinfluss auszuschließen, werden seit 1978 Messungen der Solarkonstante im Weltraum vorgenommen. Der 1995 gestartete Satellit [[Solar and Heliospheric Observatory|SOHO]] führt kontinuierliche Beobachtungen der Sonne mit dem [[Radiometer]] Virgo durch. Die Messungen werden vom [[Königliches Meteorologisches Institut von Belgien|Königlichen Meteorologischen Institut von Belgien]] koordiniert.

== Strahlungsleistung der Sonne ==
Aus der Solarkonstanten (''E0'' = 1361 W/m2) lässt sich die Strahlungsleistung ''Φ'' der Sonne berechnen, indem man sie mit der Oberfläche ''A'' jener Hüll[[kugel]] um die Sonne multipliziert, die den Radius des mittleren Erdabstands ''r'' = 149,6 · 109 m hat:

: <math>\Phi = E_0 A = E_0 \cdot 4 \pi r^2 = 3{,}828 \cdot 10^{26}\,\mathrm{W}</math>

Die Größenordnung der Strahlungsleistung der Sonne lässt sich auch mit dem [[Stefan-Boltzmann-Gesetz]] abschätzen und damit umgekehrt die Solarkonstante schätzen.

== Bestrahlungsstärke der Sonne in Deutschland ==

{| class="wikitable"
|- class="hintergrundfarbe6"
! Wetterverhältnisse<ref>{{Internetquelle |autor= |url=http://www.solar.lucycity.de/index.php/sonnenenergie/9-sonnenstrahlung |titel=Sonnenstrahlung in Deutschland |archiv-url=https://web.archive.org/web/20160130012033/http://www.solar.lucycity.de/index.php/sonnenenergie/9-sonnenstrahlung |archiv-datum=2016-01-30 |abruf=2023-11-05 |offline=ja }}</ref> !! Sommer !! Winter
|-
| größtenteils klarer Himmel || bis 1000 W/m² || bis 500 W/m²
|-
| leichte bis mittlere Bewölkung || bis 600 W/m²|| bis 300 W/m²
|-
| starke Bewölkung bis trüber Nebel || bis 300 W/m²|| bis 150 W/m²
|}

Gemeint ist die auf einem Quadratmeter einer bodennahen Fläche einfallende [[Sonnenstrahlung]], wenn die Sonne ihren mittäglichen Höchststand erreicht und wenn die Fläche rechtwinkelig zur einfallenden Strahlung ausgerichtet wird.

== Solarkonstanten der Planeten ==
Die folgende Tabelle gibt die Solarkonstante für die Planeten und drei ausgewählte [[Zwergplanet]]en des Sonnensystems an:

{| class="wikitable" style="text-align:right"
|- class="hintergrundfarbe6"
! Planet
! Große Halbachse in [[Astronomische Einheit|AE]]
! Durchschnittliche ''Ee'' in W/m²
! ''Ee'' im Vergleich zur Erde
|-
| style="text-align:left" | [[Merkur (Planet)|Merkur]]
| 0,387
| 9126,6{{0|00}}
| 6,706{{0|00}}
|-
| style="text-align:left" | [[Venus (Planet)|Venus]]
| 0,723
| 2601,3{{0|00}}
| 1,911{{0|00}}
|-
| style="text-align:left" | [[Erde]]
| 1,000
| 1361{{0|,000}}
| 1{{0|,00000}}
|-
| style="text-align:left" | [[Mars (Planet)|Mars]]
| 1,524
| 589,2{{0|00}}
| 0,433{{0|00}}
|- class="hintergrundfarbe5"
| style="text-align:left" | [[(1) Ceres]]
| 2,766
| 179{{0|,000}}
| 0,131{{0|00}}
|-
| style="text-align:left" | [[Jupiter (Planet)|Jupiter]]
| 5,204
| 50,50{{0|0}}
| 0,037{{0|00}}
|-
| style="text-align:left" | [[Saturn (Planet)|Saturn]]
| 9,582
| 14,99{{0|0}}
| 0,011{{0|00}}
|-
| style="text-align:left" | [[Uranus (Planet)|Uranus]]
| 19,201
| 3,71{{0|0}}
| 0,0027{{0}}

|-
| style="text-align:left" | [[Neptun (Planet)|Neptun]]
| 30,047
| 1,51{{0|0}}
| 0,00111{{0|}}

|- class="hintergrundfarbe5"
| style="text-align:left" | [[Pluto|(134340) Pluto]]
| 39,482
| 0,873
| 0,00064

|- class="hintergrundfarbe5"
| style="text-align:left" | [[(136199) Eris]]
| 67,7{{0|00}}
| 0,3{{0|00}}
| 0,00022
|}

== Siehe auch ==
* [[Sonnenenergie]]
* [[Treibhauseffekt]]
* [[Luftmasse (Astronomie)]]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Solarstrahlung]]
[[Kategorie:Solarenergie]]
[[Kategorie:Sonne]]

Solarkonstante - Versionsgeschichte

imported>Danulusus: /* Festlegung und jahreszeitliche Schwankung */ Fehlerhafte min und max Werte korrigiert (Werte basierten auf Solarkonstante von 1370W/m²)