Nein, heute geht es nicht um Energiepolitik, um Solarpanele und Atomkraft vs. erneuerbare Energie. Es geht um Astronomie. Und um die Frage: Wie viel Energie kriegen wir eigentlich von der Sonne? Man könnte meinen, dass sich das ständig ändert. Immerhin ist es ja im Sommer warm und im Winter kalt. Also kommt vielleicht auch im Winter weniger Energie von der Sonne zu uns? Bei näherer Betrachtung kann das aber nicht sein, denn wenn bei uns Winter herrscht, hat die Südhalbkugel der Erde gerade Sommer. Die unterschiedlichen Temperaturen verdanken wir den Eigenschaften der Erde. Das Sonnenlicht muss mal mehr und mal weniger Atmosphäre durchqueren. Die Schiefe der Erdachse sorgt dafür, dass die Sonne mal länger und mal kürzer am Himmel steht und das Licht unter verschiedenen Winkeln auf die Erdoberfläche fällt. All das beeinflusst die Temperatur auf der Erde. Aber wenn wir die Sache von außen betrachten, sieht alles ganz anders aus. Von außerhalb der Atmosphäre gesehen, gibt es keinen Unterschied in der einfallenden Sonnenstrahlung. Das Sonnenlicht wird von der Sonne abgestrahlt, durchquert 150 Millionen Kilometer leeres All und erreicht die Erde. Die Menge an Sonnenenergie die uns so erreicht nennt man „Solarkonstante“.
Die Solarkonstante beträgt 1367 Watt pro Quadratmeter. Und trotz ihres Namens ist nie natürlich nicht völlig konstant. Das wäre nur der Fall, wenn die Erde immer den selben Abstand zur Sonne hätte, also bei einer exakt kreisförmigen Bahn. Die Erdbahn ist zwar fast kreisförmig, schwankt aber doch ein bisschen. Ihr Abstand ändert sich zwischen 147 und 152 Millionen Kilometer und das führt zu Schwankungen in der Solarkonstante zwischen 1325 und 1420 Watt pro Quadratmeter (langfristig gesehen ändert sich aber auch die Form der Erdbahn – mal weicht sie stärker von der Kreisbahn ab, mal weniger). Die 1367 W/m² sind ein offiziell festgelegter Mittelwert.
Gemessen hat diesen Wert übrigens das erste Mal der französische Physiker Claude Servais Mathias Pouillet. Er erfand ein Pyrheliometer, ein Gerät mit dem er die Sonnenenergie messen konnte. Es absorbiert die Sonnenenergie und aus der folgenden Erwärmung lässt sich die Stärke der Strahlung berechnen. Andere Pyrheliometer messen die Temperatur sehr exakt und vergleichen sie mit der Temperatur eines Thermometers, dass nicht dem Sonnenlicht ausgesetzt ist. Im Idealfall macht man mehrere Messungen zu verschiedenen Tageszeiten um die Effekte des unterschiedlichen Sonnenstandes auszugleichen.
Und hat man erstmal die Solarkonstante gemessen, kann man damit jede Menge interessante Sachen anstellen! Wenn wir wissen, wie viel Sonnenenergie bei uns ankommt und wenn wir wissen, wie weit die Sonne entfernt ist, dann können wir sofort berechnen, wie hoch die Leuchtkraft der Sonne ist. Die Sonne strahlt ihre Energie in alle Richtungen gleich stark aus. Wenn wir auf der Erde also 1367 Watt pro Quadratmeter messen, dann gilt das auch für jeden anderen Quadratmeter der sich auf einer gigantischen Kugel mit dem Radius der Erdbahn befindet! Wir müssen also nur die Fläche dieser Kugel mit der Solarkonstante multiplizieren. Die Kugel hat einen Radius von 150 Millionen Kilometer bzw. 150 Milliarden Meter. Die Oberfläche einer Kugel entspricht dem Radius zum Quadrat, multipliziert mit 4*Pi. Das ergibt 282,7 Trilliarden Quadratmeter! Und in jedem dieser Quadratkilometer messen wir 1367 Watt/m². Insgesamt ergibt das also für die Leuchtkraft der Sonne einen Wert von gigantischen 386 Quadrillionen Watt!
Wir können aber auch noch eine andere sehr interessante Rechnung machen. Einerseits kriegen wir von der Sonne jede Menge Energie. Andererseits strahlt die Erde auch wieder viel von dieser Energie zurück ins All. Wie viel bleibt davon denn aber übrig? Wie viel der Sonnenenergie wird dafür verwendet, die Erde aufzuheizen? Wie warm ist es auf der Erde?
Dazu berechnen wir zuerst, wie viel Energie die gesamte Erde von der Sonne bekommt. Die Sonne beleuchtet dabei im Schnitt eine Fläche, die dem Querschnitt der Erdkugel entspricht (R²*Pi). Die Erde strahlt die Energie aber mit ihrer gesamten Oberfläche wieder zurück ins All (4*R²*Pi). Außerdem hängt die Stärke der Abstrahlung auch von der Temperatur ab. Je wärmer, desto mehr Energie wird abgestrahlt. Das ist das Stefan-Boltzmann-Gesetz: Die abgestrahlte Energie entspricht seiner Oberfläche, multipliziert mit der vierten Potenz der Temperatur und der Stefan-Boltzmann-Konstante. Wir müssen außerdem noch berücksichtigen, dass nicht die gesamte Sonnenstrahlung zur Erwärmung der Erde beiträgt. Ein Teil davon wird direkt reflektiert und hat keine Zeit, die Temperatur zu erhöhen. Wenn wir nun das alles kombinieren und die Menge der empfangenen Energie mit der Menge der abgestrahlten Energie gleichsetzen, dann können wir daraus die Gleichgewichtstemperatur berechnen. Die Formel sieht so aus:
S ist die Solarkonstante, η ist der Anteil des Lichts, der reflektiert wird, σ ist die Stefan-Boltzmann-Konstante und T ist die Temperatur, die wir berechnen wollen. Gehen wir der Einfachheit halber mal davon aus, dass die gesamte Sonnenenergie absorbiert wird. Dann wird nichts zurückgestrahlt und η ist gleich Null. Tippen wir also alles in unseren Taschenrechner, dann erfahren wir, dass die Gleichgewichtstemperatur der Erde 278,6 Kelvin beträgt. Das sind ein bisschen mehr als 5 Grad Celsius (oder 21 Grad unter der optimalen Temperatur, um Halva zu essen, wie uns Wolfram Alpha hilfreich informiert). Tatsächlich reflektiert die Erde sogar noch etwa 30 Prozent der Sonnenstrahlung. Berücksichtigt man das in der Rechnung, dann kommen wir auf eine Temperatur von -18 Grad Celsius! Die gemessene Durchschnittstemperatur auf der Erde beträgt aber knapp 15 Grad Celsius. Haben wir also falsch gerechnet?
Nein, die Rechnung war richtig. Aber wir haben den Einfluss der Atmosphäre nicht berücksichtigt! Den Unterschied zwischen der Gleichgewichtstemperatur und der tatsächlichen Temperatur haben wir dem Treibhauseffekt zu verdanken! Die Atmosphäre der Erde macht es bei uns wärmer, als es eigentlich sein sollte! Der natürlich Treibhauseffekt ist auf der Erde also sehr praktisch – nur der menschengemachte Treibhauseffekt ist problematisch, weil es nun langsam zu heiß wird. Wenn man die ganze Rechnung für die Venus wiederholt, sieht man, wohin ein außer Kontrolle geratener Treibhauseffekt führt. Die Gleichgewichtstemperatur der Venus sollte bei etwa 50 Grad Celsius liegen. Tatsächlich herrschen dort aber an die 470 Grad Celsius! Grund dafür ist die extrem dichte Atmosphäre voller Treibhausgase!
Die Atmosphäre spielt also eine enorm wichtige Rolle und entscheidet, ob die Bedingungen auf einem Planeten für Leben geeignet sind oder nicht. Das müssen wir berücksichtigen, wenn wir uns auf die Suche nach habitablen Planeten um andere Sterne machen. Und wir sollten aufpassen, was wir mit unserer eigenen Atmosphäre anstellen…
Dann könnte man ja auch ausrechnen welche Fläche an Photovoltaik mit 100% Effizienz man benötigt, um Deutschlands Energieverbauch von 3.900 Mrd. kWh pro Jahr zu decken. Na vielleicht lieber nicht… 😉
Ja Jan! Vor allem wie groß die Fläche wäre, um auch in der Nacht genug Strom aus Photovoltaik zur Verfügung zu haben.
Sicher, dass Halva gemeint ist? Es gilt doch: „Halavah is a form of pie, and it has a specific gravity of 3.1416 and a specific heat of .31416.“
@Jan: „nur“ 325,7 km², wenn ich mich nicht verrechnet habe. Bei realistischeren Wirkungsgraden würd’s also reichen, das Saarland mit Photovoltaik zuzupflastern. 🙂 (Die Energie für die Nacht müsste natürlich irgendwie gespeichert werden.)
@Jan· 23.04.12 · 11:59 Uhr
Deine 3.900 Mrd. kWh pro Jahr entsprechen einer Leistung von
3.900 Mrd. kWh / (365,25 * 24 h) = knapp 445 Mio kW.
Bei 1,367 kW / m² wird also bei 24 h Dauerbetrieb eine Fläche von etwa
325 Mio m² entsprechend einem Quadrat von 18 km Seitenlänge
benötigt. Wenn die Leistung durchschnittlich 8 Stunden / Tag zur Verfügung stände also
18 km * √3 = 31,2 km.
Bezogen auf die Gesamtfläche von 357.121,41 km² sind das 1 ‰, bezogen auf die bebaute Fläche (reine Baufläche, ohne Verkehrs- und Gemeinbedarfs-Flächen) von knapp 30.000 km² etwa 1%.
Nicht so furchtbar viel, oder?
@ZetaOri
Du musst noch berücksichtigen, dass weniger als die volle Solarkonstante zur Verfügung steht: zum einen, weil die Atmosphäre nicht alles durchlässt, zum zweiten, weil gebräuchliche Solarzellen einen Wirkungsgrad von nur 20% haben, zum dritten, weil sie nicht immer senkrecht von der Sonne beschienen werden, da nicht nachgeführt, und zum vierten, weil bei Bewölkung eine nur geringe Leistung zur Verfügung steht. Da kommt schnell ein Faktor 25-50 zusammen, den man mehr an Fläche bräuchte. Was immer noch weniger als die bebaute Fläche wäre.
Natürlich ist es kaum das Ziel, den gesamten Strombedarf aus Solarenergie zu decken, aber wenn man betrachtet, wie viele Häuser jetzt schon Solarzellen auf den Dächern haben, dann kommt bestimmt das eine oder andere Kohlekraft als Einsparung heraus, und das ließe sich noch weiter ausbauen. Die Zukunft wird sicher nicht auf einer einzigen Technik liegen, sondern ein Mix aus Sonne, Wind, Gas, Kohle und vielleicht auch irgendwann einmal Fusion sein.
@Alderamin· 23.04.12 · 13:56 Uhr
Ist mir alles klar. Auch, dass noch erheblicher Aufwand für die notwendige Speicherung erforderlich wäre. Aber auch, dass ein Großteil der Energie eh zur (Niedertemperatur)Wärmeerzeugung genutzt wird, d.h. dass Photvoltaik (die mit dem niedrigen Wirkungsgrad) nur auf einem kleinen Teil der Fläche benötigt wird.
Ich habe einfach die Frage von Jan· 23.04.12 · 11:59 Uhr: …
… beantwortet, etwas erweitert, veranschaulicht und in Verhältisse gesetzt.
Jo, wenn man die Fläche verfünffacht sind wir bei 5% der bebauten Fläche. ;D
Aber damit …
… wären wir dann endgültig bei dem, was FF wohl nicht wollte:
;o)
Kann das sein, dass es im 2. Absatz, drittletzte Zeile „Quadratmeter“ statt „Quadratkilometer“ heißen müsste?
@ Alderamin und ZetaOri:
Mittlere Sonnenscheindauer in D: 1550
Länge eines Jahres: 8760
Wirkungsgrad der Zelle: 20% abzgl. Verluste aufgrund Relativwinkel -> 15% (geschätzt)
Ergibt mindestens den Faktor 36.
Andersrum abgeschätzt: Mittlerer Platzbedarf für 1 kWPeak variiert von 10 bis 30 m².
Hieraus ergibt sich eine benötigte Gesamtfläche zwischen 5500 und 20700 km². Dies entspricht 1,5 bis 5,7 % der Gesamtfläche Deutschlands. Zitiert aus:
https://de.wikipedia.org/wiki/Photovoltaik#Photovoltaik_in_Deutschland
Das sind dann doch schon 20 bis 40% der gesamtem Siedlungsfläche, wobei man Siedlungsfläche nicht mit bebauter / versiegelter Fläche gleichsetzen darf. Auch Grünanlagen, Sportflächen, Gräten usw. zählen zur Siedlungsfläche und machen davon einen erheblichen Anteil aus.
@Statistiker: Ja! Danke für den Hinweis.
@ZetaOri
Nun ja, aber den ersten Stein warf gleich Jan…
Es war voraussehbar, dass die Diskussion entweder in Richtung Energiepolitik oder Klimawandel abdriften wird, zu den astronomischen Daten alleine lässt sich halt nicht so schön diskutieren. Die sind halt so, wie sie sind.
Zur Wirksamkeit von Florians obigem Hinweis: Denkt mal alle ganz angestrengt nicht an einen rosa Elefanten…
Die Frage war eigentlich rhetorisch. 🙂
Wobei einige Politiker doch mal den Taschenrechner bemühen sollten…
Nachtrag, ebenfalls aus Wikipedia:
https://de.wikipedia.org/wiki/Siedlungs-_und_Verkehrsfläche#Siedlungs-_und_Verkehrsfl.C3.A4che
Gebäude- und gebäudebezogene Freiflächen für unterschiedliche Nutzungen wie Wohnen, Arbeiten, Bildung, Verwaltung (2004 in NRW 58 % der SuV).
Verkehrsflächen: Straßen, Wege, Plätze, Schienen (2004 in NRW 31 % der SuV).
Erholungsflächen: Sportanlage, Campingplätze, Parks und Grünanlagen (2004 in NRW 7 % der SuV).
Betriebsflächen (ohne Abbauland): Lager und Halden, Anlagen der Ver- und Entsorgung (2004 in NRW 2 % der SuV).
Friedhöfe (2004 in NRW 1 % der SuV).
Nehmen wir NRW als repräsentativ für D, dann haben wir:
58% der Siedlungsfläche sind Gebäude und Gebäudebezogene Freiflächen. Letzteres sind Vorgärten, Hausgärten, Spielplätze, Stellplätze usw. Meine Schätzung: mindestens ein Drittel. Bleiben also knapp 40% der Verkehrsfläche als Gebäude. Also bräuchten wir doch auf jedes Dach Solarzellen um die komplette Stromversorgung möglich zu machen. Nicht berücksichtigt, dass Dächer auch noch andere Nutzungen haben: Terassen, Fensterflächen, Stellplatz für Klima- und Lüftungsanlagen, Antennen, Kamine… und vernachlässigt, dass nicht jedes Dach eine Südorientierung hat, von Giebeln und GAuben, Türmen und Erkern wollen wir gar nicht reden, und von Denkmalschutz auch nicht. Und die Verluste bei Stromspeicherung von Tag/Nacht bzw. Sommer / Winter ist ebenfalls nicht gerechnet.
Laut Desertec würden 50x50km2 ausreichen um 15% des europäischen Strombedarfs zu decken. Selbst eine CSP-Anlage die die ganze Welt mit Strom versorgen könnte würde sich in den Weiten der Sahara verlieren.
Mir fällt dazu spontan ein Vers des Stuttgarter Ex-OBs Rommel ein:
»Der Sonnenschein, fast ohne Müh, liefert sehr viel Energie. Doch scheint die Sonne, was ein Harm ist, am stärksten wenn es eh ganz warm ist.«…
Jedenfalls könnte ich nun langsam mal wieder ein bisschen mehr von der Solarkonstante vertragen!
Übrigens sind die ermittelten -18°C nicht nur rein hypothetisch. Vom Weltraum aus betrachtet (z.B. mit einer Wärmebildkamera an Bord eines Satelliten) müsste die Erde doch ziemlich genau diese Durchschnittstemperatur aufweisen…
@Physiker: „Vom Weltraum aus betrachtet (z.B. mit einer Wärmebildkamera an Bord eines Satelliten) müsste die Erde doch ziemlich genau diese Durchschnittstemperatur aufweisen… „
Warum?
@Florian Freistetter:
Naja, weil die Erde weiterhin im thermischen Gleichgewicht mit ihrer Umgebung steht. Die innere Struktur der Atmosphäre sollte doch von aussen betrachtet irrelevant sein. Ich weiss allerdings nicht, ob man dem von der Erde emittierten Spektrum eine Temperatur zuordnen kann.
Wäre cool, wenn’s solche Infrarotbilder von der Erde gäbe… spielen solche Überlegungen nicht auch bei der Suche nach Exoplaneten eine Rolle?
@Alexander· 23.04.12 · 14:23 Uhr
@Alexander· 23.04.12 · 14:37 Uhr
Schon gut, Alex, schon gut! Auch für Dich nochmal, da begreifendes Lesen offensichtlich (s.u.) nicht Deine Stärke ist:
Ich habe einfach die Frage von Jan· 23.04.12 · 11:59 Uhr: …
… beantwortet, etwas erweitert, veranschaulicht und in Verhältisse gesetzt. Und:
Damit wären wir dann endgültig bei dem, was FF wohl nicht wollte:
Aber damit Du Dir die Mühe nicht ganz umsonst gemacht hast:
Bzgl. Wirkungsgrad.
a) Als ich das erste mal mit Photovoltaik in Kontakt war, hatten die Dinger einen Wirkungsgrad von kleiner 5% !
b) Benutze Deine unbestrittenen Fähigkeiten zur Wiki-Recherche, um folgende Fragen zu beantworten (wenn es Dich interessiert):
ba) Wieviel % der Energie wird in Form von (Niedertemperatur)Wärme benötigt?
bb) Welchen Wirkungsgrad haben Sonnenkollektoren?
bc) Kann man Solarthermie und Photovoltaik kombinieren (auf der gleiche Fläche)?
bc) Wie ausgeprägt ist die Richtwirkung von Sonnenkollektoren?
bd) Welche Möglichkeiten der Wandlung von (Niedertemperatur)Wärme in elektrische Energie gibt es? Mit welchen Wirkunggrad?
be) Welche Temperaturen können mit konzentrierenden Kollektoren erreicht werden? Was bedeutet das für die Anwendung?
.
.
Nein, ICH will die Antworten darauf nicht wissen. Alles für Deine ganz persönliche Wissensbereicherung, so Du denn willst.
Bzgl. Fläche.
c) Ich habe ausdrücklich nicht von …
… „Siedlungsfläche“ sondern von …
… reiner BAUFLÄCHE gesprochen. Da sind Verkehrs-, Grün-, Wasser-, Gemeinbedarfs-, …-Flächen nicht enhalten. Inwieweit die meinen 2Handtücher-Vorgarten mitgerechnet haben weiß ich allerdings nicht. Ist mir auch egal, weil:
Ich will davon (und eigentlich auch von dem ganzen vorstehende Kram) tatsächlich nicht reden, s.o.! Die Spezies sind bei „Primaklima“!
hat wenigstens der Mond diese Durchschnitts Temperatur?
Vom Weltall misst man natürlich die Durchschnittstemperatur der Erde, inklusive Treibhauseffekt
@Alderamin· 23.04.12 · 14:29 Uhr
Iiiiiiie, Du hast „Klima“ gesagt.
Noch schwieriger wird´s, wenn man NICHT an einen NICHTrosa Elefanten denken soll. ;D
@Physiker: „Naja, weil die Erde weiterhin im thermischen Gleichgewicht mit ihrer Umgebung steht. Die innere Struktur der Atmosphäre sollte doch von aussen betrachtet irrelevant sein. „
Nein, ist sie nicht. Das zeigt ja gerade die Formel im Artikel. Die gilt nur für Planeten ohne Atmosphäre. Deswegen gibt sie einen Wert an, der viel zu niedrig ist.
Habt Ihr nicht den ersten Satz von Florian gelesen!!! Heut gehts um Astronomie und nicht um erneuerbare Energie:)
uuuh, er hat »Pi« geschrieben. wie häßlich! es gibt doch utf-8 und man kann ohne verrenkungen auch »π« (U03C0)schreiben. das ist doch viiiel hübscher.
wo ist denn mein selbstironischer »unsympathischer klugscheissermodus« in den spitzen klammern geblieben? von der blogsoftware gefressen?
Hallo Zetaori, warum so unfreundlich? Du hast eine grobe Abschätzung gemacht und bis auf ca. 1% der bebauten Fläche gekommen, ich habe mit anderen Werten (belegt) gearbeitet und bin auf ca. 100% gekommen. Dabei habe ich mich jeder weiteren Wertung zur Sinnhaftigkeit strikt enthalten und keinen Bezug zu „Solarförderung“ oder „Energiewende“ hergestellt. Aber bei dir scheinen hier irgendwelche Nerven blank zu liegen, das zu diskutieren, ist dieser Blog allerdings wirklich der falsche Ort.
Saucool, genau das musste ich heute in meiner Übungsgruppe erklären!
Saucool, genau das musste ich heute in meiner Übungsgruppe erklären!
@Physiker, @Florian Freistetter
Hier ein Link zu Infrarotspektren der Erde vom Weltraum aus gemessen.
https://iopscience.iop.org/0004-637X/693/2/1763/fulltext/apj_693_2_1763.text.html
Figure 2 gibt Auskunft, zumindest teilweise.
@Alexander· 23.04.12 · 20:39 Uhr
`tschulljunk
NEIN! Ich habe keine „grobe Abschätzung“ gemacht. Ich habe zur Beantwortung der Frage von Jan· 23.04.12 · 11:59 Uhr
– aus der Solarkonstanten, dem von Jan angegebenen jährlichen Verbrauch und den ebenfalls von Jan angefragten 100% Effizienz eine Fläche errechnet, dabei zur Reduzierung der signifikanten Stellen 2 mal gerundet. (Dass die 100% illusorisch sind, dürfte auch Jan klar sein) Habe danach
– diese Fläche (da 325 Mio m² für das Vorstellungsvermögen wohl ziemlich abstrakt sind) auf ein Quadrat mit gegebener Seitenlänge umgerechnet (dabei nochmal ab der 4. Stelle (!) gerundet). Habe zusätzlich(!)
– darauf hingewiesen, dass der Wert in Abhängigkeit von der Zeit in der die Leistung zur Verfügung steht (nein, das ist nicht die durchschnittliche Sonnescheindauer, das ist schon ein wenig komplexer) korrigiert werden muss und habe dazu ein Beispiel angegeben. Letztlich habe ich noch
– die errechneten Flächen zu bekannten Flächen, der Gesamtfläche und der Baufläche (die Du mir dann inSiedlungsfläche ummünzen wolltest) Deutschlands ins Verhältnis gesetzt.
Ja, das hast Du, sogar 2 mal. Und zwar, nachdem schon Alderamin u.a. die 100% angemeckert hatte UND ich ihm darauf geantwortet hatte. UND obwohl kein Schwein nach diesen Werten gefragt hat. Und hast dabei etwas von …
… geschwafelt. Warum also? Vielleicht weil: …
… ? Aber ok: Ich habe mich ebenfalls jeder Wertung enthalten. So what?
Na, sagen wir so: Ich bin nicht unbedingt erfreut, wenn mir innerhalb weniger Minuten mehrfach Blödheit unterstellt wird.
Vollste Zustimmung, ich erwähnte auch bereits 2 mal, dass das wohl nicht im Sinne des Blogbetreibers wäre.
Und nochmals Bitte um Entschuldigung, dass ich Deine Fähigkeit zu begreifendem Lesen angezweifelt habe.
@Florian Freistetter:
Aber selbstverständlich ist die Erde im thermischen Gleichgewicht mit ihrer Umgebung. Sonst würde sie sich ja erhitzen/abkühlen. Die Frage ist nur, ob die Erde insgesamt (also mit Atmosphäre) gut als schwarzer Strahler beschrieben werden kann (und/oder wie sich Temperaturfluktuationen auf den Temperaturmittelwert auswirken). Und das hängt davon ab, wie die atmosphärische Durchlässigkeit für Strahlung aussieht…
@Stefan Hippler:
Danke für den Link. Ich nehme an, bei 3.8 μm befindet man sich im atmosphärischen Fenster, d.h. man misst in Abb. 2 grob die Temperatur der Erdoberfläche (oder Wolken). Da dürften dann grob die bekannten 15°C gobale Mitteltemperatur rauskommen (etwas weniger wegen den Wolken). Ich sprach davon, die Strahlungstemperatur durch einen Fit mit einer Planckschen Strahlungskurve zu bestimmen. Offensichtlich wurde das im Paper auch gemacht (zumindest für kleine Ausschnitte)… allerdings finde ich keine Zahlen.
@Physiker: „Aber selbstverständlich ist die Erde im thermischen Gleichgewicht mit ihrer Umgebung. „
Natürlich ist sie das. Aber die korrekte Gleichgewichtstemperatur kann man eben nur mit einer Formel berechnen, die die Atmosphäre berücksichtigt. Die, die ich im Artikel hergeleitet habe, tut das nicht.
Eine Frage die mich beschäftigt ist…
… ist das, was wir hier auf der Erdoberfläche von der Sonne sehen das wirkliche Abbild der Sonne oder nur deren Luftspiegelung? Ist Licht nicht unsichtbar? Was hätte ich als Beobachter im Weltall für ein Bild vor Augen wenn man in Richtung die Sonne schaut… was ist da genau zu sehen: ein Feuerball? Wie muss ich mir das vorstellen, so wie die Bilder der Teleskopaufnahmen der NASA in Farbe und wenn ja welche Bilder präsentieren das für uns Menschen sichtbare Spektrum?
@geflügelter Kraz: „Was hätte ich als Beobachter im Weltall für ein Bild vor Augen wenn man in Richtung die Sonne schaut.“
Das gleiche, dass du auch hier auf der Erde sehen kannst: Eine große, weiße Scheibe. Natürlich ändert sich das Bild, wenn du näher ran fliegst: dann siehst du die Details der Photosphäre: Protuberanzen, Granulation, etc
@Kraz
ist das irgendwie ’ne Fangfrage?
Natürlich siehst Du die echte Sonne und natürlich ist Licht sichtbar (was sonst?). Die Atmosphäre lässt zwar manche Strahlung nicht durch (z.B. bestimmte Bereiche im Infraroten und Ultravioletten), aber unsere Augen haben sich natürlich an das Licht angepasst, welches zu uns dringt, sonst sähen wir ja gar nichts.
Wenn Du im Weltraum die Sonne anschaust, sieht sie praktisch genau so aus wie vom Erdboden aus. Beim Mond am Tage merkt man, dass das gestreute Sonnenlicht (der blaue Himmel) das Bild überlagert, weil die Luft selbst blau leuchtet (blaues Sonnenlicht streut). Dieses gestreute Licht überlagert auch das Sonnenlicht und es fehlt im Weltraum, aber die Sonne ist so hell, dass sie das auf der Erde locker überstrahlt, so dass es keinen Unerschied macht (der Mond am Tage oder ferne Objekte wirken deswegen aber immer ein wenig blau verfärbt) .
Diemeisten Aufnahmen der NASA von der Sonne sehen so seltsam aus, da sie durch sehr schmalbandige Filter gemacht werden, die nur einen Bruchteil des Lichts durchlassen. Ich hab‘ selbst so ein kleines Teleskop, das die Sonne bei einer bestimmten roten Spektrallinie (H-alpha) zeigt. Da kann man dann auch von der Erde aus Strukturen sehen, die mit einem einfachen Weißlicht-Filter nicht zu sehen sind, z.B. Protuberanzen (Gasausbrüche) am Rand der Sonne und als Schatten auch vor der Sonne.
Daneben gibt’s auch noch NASA-Aufnahmen in Bereichen des elektromagnetischen Spektrums, die der Mensch nicht sehen kann (z.B. UV und Röntgenlicht). Die sind natürlich in ihrer Darstellung zwangsweise verfälscht (in den sichtbaren Bereich verschoben).
@Florian Freistetter:
Richtig, die Erdatmosphäre ist bei 3.8 Mikrometer transparent. Der folgende Link zeigt die Transmission der Erdatmosphäre von 0.5-24 Mikron: https://www.coseti.org/atmosphe.htm
Normalerweise wird die im Weltraum gemessene Strahlung der Erde, also z.B. die mit dem Atmosphere Infrared Sounder gemessene Strahldichte (Radiance) in Watt/m^2/sr/Mikron umgerechnet auf die jeweilige Höhe über der Erdoberfläche. Das ist schon einmal nicht ganz trivial. Wenn man das nicht machen will, sozusagen als einfachster Test, wird einfach die vom Satelliten gemessene Strahldichte mit der inversen Planck Funktion zu Temperatur umgerechnet.
Ich sollte noch ergänzen, dass das gestreute blaue Licht dem Sonnenlicht auf der Erde fehlt. Wenn die Sonne hoch steht und die Luft klar ist, macht das nicht viel aus, aber bei tief stehender Sonne erscheint sie gelblich und beim Untergang bekanntlich rot. Im Weltraum ist sie immer strahlend weiß.
Die Sonne ist (hoch am Himmel) nicht so gelb, wie wir sie als Kinder gemalt haben. Die tatsächliche Farbe der Sonne sieht man am besten, wenn man ein weißes Blatt Papier von der Sonne bescheinen lässt. Da das Papier alle Farben in gleichem Maße reflektiert, zeigt es die Farbe des Sonnenlichts: eben weiß. Geringe Abweichungen vom perfekten Weiß kompensiert unser Auge.
@Alderamin
Kleine Farbenlehre, additive Farbmischung: (Weißes Licht der Sonne) minus (gestreutes Blau) = Gelbes Licht im direkten Strahlengang. Das heißt, als Kinder haben wir prinzipiell richtig gemalt! (Über die Intensität des Gelbtons mag man diskutieren).
Das blaue Licht fehlt aber nur im direkten Strahlengang, in Form des gestreuten Lichts vom blauen (!) Himmel kommt es ebenfalls unten an, und daher ist das Blatt Papier wieder weiß, neben der Fähigkeit des Gehirns zum automatischen Weißabgleich.
@Zetaori. Willst du mir hier das Posten verbieten? Du scheinst echt schwache Nerven zu haben. Warum kannst du meine Abschätzung nicht neben deiner stehen lassen, nur weil ich andere Ansätze habe und andere Ergebnisse? Ich habe meine Abschätzung komplett unabhängig von deiner gemacht, ausführlich meine *Überlegungen geschildert und auf Quellen verwiesen. Ich habe auch keinweswegs die von dir verwendete „Bebaute Fläche“ in Siedlungsfläche uminterpretiert oder ähnliches. Im Gegenteil, ich habe versucht aus der bei Wikipedia verwendeten Siedlungsfläche durch Überlegungen die Gebäudeflächen abzuschätzen. Wenn dir das zu hoch war (oder nach deinen Worten „Geschwafel“), dann ist das dein Problem.
@Alexander
Prinzipiell richtig, aber die Gelbfärbung ist wirklich extremst subtil, wenn die Sonne nicht zu niedrig steht. Man kann auch alternativ das Sonnenlicht durch einen Spalt in der Jalousie auf ein Blatt Papier in einem ansonsten unbeleuchteten Zimmer fallen lassen, das verursacht dann immer noch ein ziemlich weißes Bild der Sonne. Wie auch die Sonnenprojektion durch ein Fernrohr / Feldstecher auf eine Projektionsfläche. Ich sagte ja, die Atmosphäre macht bei hochstehender Sonne nicht viel aus. Nicht viel, aber ja, ein bisschen schon.
@Stefan Hippler:
Sehr schön detaillierte Abbildung des Transmissionsspektrums. Diese Umrechnung in eine Temperatur ist auch deshalb problematisch weil verschiedene Teile des Spektrums von unterschiedlichen Stellen kommen. In dem Spektralbereich, in dem die Atmosphäre intransparent ist, ist die Strahlungsquelle ja ein Bereich in der Erdatmosphäre der eine deutlich tiefere Temperatur hat als die Erdoberfläche…
Durch dieses komplizierte Transmissionsspektrum kann man dann wohl meine obige Idee, eine thermische Gleichgewichtstemperatur der Erde vom All aus zu messen, beerdigen. Vielleicht geht das ja für Planeten mit einer dichteren/dreckigeren Atmosphäre (wobei dann das eigentliche Problem darin besteht, die Bodentemperatur zu ermitteln)…
@ Alderamin: dann sind wir d’accord.
Ergänzung: solange im Spektrum mehr oder weniger alle Wellenlängen vorhanden sind, macht das Auge/Gehirn sowieso immer den Weißabgleich. Funktioniert ja sogar bei Glühbirnen, obwohl der Rotanteil wesentlich stärker als der Blauanteil ist. Daher ist es eigentlich erstaunlich, dass die Sonne als Gelb wahrgenommen wird, obwohl die Verschiebung von Weiß zu Gelb nur so minimal ist. Oder ist mehr der Kontrasteffekt zum Blau des Himmels, der das Hirn die Komplementärfarbe wahrnehmen lässt?
@Alexander
Also, ich nehm‘ die Sonne nicht als gelb wahr. Wenn ich in die Sonne starre, sehe ich wahlweise gar nichts konkretes außer gleißendem Licht, oder blaue Punkte, wo sich das Nachbild der Sonne in die Netzhaut eingebrannt hat. Eine gescheite Farbe habe ich da noch nicht erkennen können (ist auch nicht zur Nachahmung zu empfohlen, als Kind habe ich in Unwissenheit solchen Blödsinn gemacht).
Nur, wenn die Atmosphäre bei tiefstehender Sonne das Licht dämpft. Und dann ist sie ja auch tatsächlich durch die verstärkte Streuung gelb verfärbt (Staub in der Luft sorgt m.W.n. für eine zusätzliche Rotverfärbung). Vermutlich kommt es daher, dass man die Sonne im allgemeinen für gelb hält.
Rein subjektiv betrachtet scheint die Sonne viel stärker als die Jahre davor!
Erst kürzlich machte ich einen optischen Versuch mit einem abgedunkelten Glas, welches für diese Schweissermasken verwendet wird, diese Gläser kann man auch extra als Zubehör nachkaufen, sogar in unterschiedlichen Schwärzungsgraden, bzw. sogar einseitig, zusätzlich halbverspiegelt.
Eigentlich wollte ich damit eine Sonnenaufnahme mit einer Digitalkamera machen, die jedoch trotzdem überbelichtet wurde und überdies auch noch eine Nebensonne produzierte, (vmtl. wegen der Glasstärke und der Reflektion zum Objektiv) schaute man hingegen mit dem freien Auge durch das Schweisserglas begannen die Augen bereits nach einigen Minuten leicht zu schmerzen, obwohl die Helligkeit der rötlich erscheinenden Sonne nicht blendete.
Anscheinend ist ein solches Schweisserglas doch nicht für das breitbandige Sonnenspektrum geeignet, zumindest nicht für die Augen, denn irgend ein Anteil des Sonnenlichtes geht stärker durch als es eigentlich dürfte, IR, oder UV, oder was noch?
Allerding hielt ich das obligate Graufilter (von Zgonc) in der einen Hand und die Kamera in der anderen, eigentlich sollte es so professionell wie hier aufgebaut werden. 😉
äh, falscher Link, hier gehts ganz professionell weiter: „Eigenbau-Schweißglasfilter für Cokin-P-Series„. 😉
Gibt es eigentlich Langzeit – Referenzwerte für die Solarkonstante, irgendwo an einem fixen irdischen Standort?
Du gefährdest deine Augen mit solchen Aktionen, Beobachter. Hier gibt es das, was taugt , Bader Sonnfilterfolie.
@Theres: oh Danke, diese spezielle Sonnenfilterfolie ist was feines, (Spiegelungen fallen da auch weg) aber ich probier am Wochenende mal eine Philips Webcam, (die hat eine gute Auflösung) und ich kann auch zwei solche preisgünstigen Schweissgläser (z.B. in einem Schuhkarton) verwenden, nur mit den ungeschützten Augen guck ich da ohnehin nicht mehr durch… immerhin die Kosten waren bisher unter 4 Euro, anstatt gleich 25 Euro für einen rein spielerischen Versuch auszugeben. 😉
Eine andere Idee wäre z.B. den gesamten Raum als Lochkamera (ca. 5 m bis zur Wand) zu verwenden, dafür bräuchte ich nur alle Fenstergläser mit Alufolie abzudecken, und dann genau in der Mitte ein winziges Loch zu machen, hatte ich jedenfalls noch nie versucht… naja später mal, im Moment ist alles vollgeräumt… 😉
@Beobachter
Hast Du einen Feldstecher? Dann decke ein Objektiv mit dem Schutzdeckel ab, befestige den Feldstecher an einem Fotostativ und projiziere die Sonne damit auf einen weißen Karton in 1 m Abstand. Schön fokussiert sollte da die Sonnenflecken gut zu sehen sein. Lässt sich dann auch problemlos fotografieren.
@Beobachter
Du unterschätzt die Sonne.
Das funktioniert auch nicht, denke ich mal. Es gibt aber eine Möglichkeit zu projizieren, doch dazu würde ich mal in die entsprechenden Foren gucken. Ich habe zwar ein Teleskop und mit deiner Webcam könnte ich auch Aufnahmen machen, nur habe ich keine Ahnung davon und deswegen musst du selbst googeln 😉 Bettel doch mal, vielleicht hat ein Hobbyastronom in der Nähe Folienreste übrig, schließlich sind die Bögen groß.
@Alderamin
Danke, muss ich jetzt nicht nachschlagen, weil ich doch neugierig war 🙂
@Theres
Mit einem Teleskop lässt sich natürlich noch besser projizieren, weil das Bild größer ist und das Teleskop schon eine stabile Befestigung an einem Stativ/Montierung hat. Früher waren oft Projektionsschirme bei den Fernrohren mit dabei, die an den Okularauszug geschraubt wurden. Mit einem Zenitspiegel oder -prisma, welcher den Strahlengang um 90° kippt, konnte man das Sonnenbild durch ein Okular auf den Schirm projizieren.
In der aktuellen Sky & Telescope hat jemand einen Trichter gebastelt, den er mit dem spitzen Ende über’s Okular stecken kann. Über das weite Ende hat er Pergamentpapier oder so was geklebt. So kann er das Sonnenbild durch’s Papier sehen. Für diese Konstruktion braucht man nur Pappe, Papier und Klebstoff.
@Alderamin
Basteln ist prinzipiell gut, aber zuerst muss die eine Montierung auf die Beine der anderen, wegen Gewicht und dann … Aber ich habe gelesen, dass direktes Sonnenlicht im Teleskop zu heiß wird, auch fürs Gerät und glaubte das eigentlich.
Ich würde es nicht ohne Sonnenfilter versuchen.
@Theres
Ich glaube, Du missverstehst mich hier. Es gibt zum einen das Konstrukt, dass man eine Stange mit einer Rohrschelle am Okularauszug besfestigt. Am anderen Ende der Stange ist eine weiße Projektionsfläche befestigt, auf die man das Sonnenbild per Winkelspiegel projiziert. Das sieht dann =>so aus. Kann man so auch fertig kaufen.
Ein Vorteil der Lösung ist, dass der Schirm parallel zur einfallenden Sonnenstrahlung steht, also vom direkten Sonnenlicht (nicht dem aus dem Teleskop!) nur streifend getroffen wird und damit relativ dunkel bleibt. Das Schwarz im projizierten Sonnenbild ist halt nichts anderes als das Weiß des Projektionsschirms im Tageslicht, wo kein Licht aus dem Teleskop drauf fällt.
Die andere, gebastelte Lösung (leider kein Bild gefunden) ist einfach ein zum Trichter gerollter Karton, der auf der einen Seite übers Okular gestülpt werden kann und auf der anderen Seite einen „Bildschirm“ aus durchscheinendem Papier hat, auf das man von außen draufschaut, während das Okular das Sonnenbild von innen draufprojiziert.
Die Projektionsmethode ist billiger als Sonnenfilter und eignet sich besonders, wenn man mehreren Leuten das Sonnenbild zeigen will, oder keinen Kameraanschluss für’s Teleskop hat (kompakte Digiknipse).
Heiß wird es nur am Okular, und Plastikokulare oder gekittete Okulare (gibt’s kaum noch) vertragen die Hitze nicht. Es kommt halt auch darauf an, wie groß die Öffnung ist und wie lange man zu beobachten gedenkt. Mit einem 30 cm Newton würde ich sicher nicht projizieren, ohne die Öffnung abzublenden (Pappmaske mit Loch; oft hat die Teleskopschutzkappe schon eine entsprechende Aussparung mit separatem Deckel), mit einem 60 oder 80 mm Refraktor ist das aber kein Problem. Projektion gilt als die sicherste Methode zur Sonnenbeobachtung, weil den Augen gar nichts passieren kann, man kann sich schlimmstenfalls ein Okular zerstören oder die Pfoten beim Hantieren verbrennen. Ich hab‘ als Kind mal Papier direkt am Okular angekokelt.
Objektivfilter habe ein gewisses Risiko wenn sie aus unsachgemäßen Materialien gebaut sind (bei Baaderfolie kein Problem) oder nicht richtig am Teleskop halten und sich dann bei einem Stoß oder Wind ablösen (kann immer passieren).
Okularfilter sind purer Wahnsinn, die liegen da, wo’s am heißesten wird, und müssen 99,99% der Leistung des gebündelteten Lichts als Wärme aufnehmen, da ist die Gefahr des Zerspringens immens. Lieber gleich wegschmeißen.
@Alderamin
Die Montierungen, die ich umbauen oder genauer umsetzen will, hatten jetzt nichts mit der Sonnenbeobachtung zu tun. Das ist mein Privatprojekt um ein transportables (so leicht wie möglich für wenig Geld) und gleichzeitig möglichst stabil stehendes Teleskop zu haben, das auch noch einfach zu bedienen sein wird. War halt in der ersehnten Gewichtsklasse nicht zu kaufen.
Was die Projektion angeht, aaah! *Glühbirnchen leuchtet hell*
Das habe ich wirklich nicht kapiert (Schande über mich ;), aber dein Bild macht es klar. Ich dachte da viel zu komplex … Vielleicht probiere ich das mal aus, simpel, und macht sicherlich Spaß. Jetzt habe ich auch das mit dem Trichter verstanden, also kann mir vorstellen, wie ich ihn anbringen kann. Much and many thanks 🙂
@Alderamin: ja, ein altes (ähnliches) militärisches Artillerie Fernglas müsste noch im Keller sein, allerding sind die Gläser innen völlig beschlagen und die Seitenwände bereits rostig, (und nicht so schön Schwarz wie es sein sollte) also eine Menge Arbeit um sie mal zu restaurieren.
Mit solchen Langzeitbelichtungen am Tag kann man märchenhafte Bilder erstellen, alle Bewegungen verschwinden in einem Nebelschleier, nur statische Objekte bleiben scharf abgebildet, evtl. könnte man damit auch die einfallende Strahlungsenergie der Sonne als Mittelwert, optisch ermitteln, indem man noch stärkere Graufilter vorschaltet und anschliessend die Helligkeit auf dem Foto auswertet, vielleicht sogar geeignet für ein Langzeitprojekt?
achja, so stelle ich mir eine begeisterte Astronomin bei der täglichen Arbeit vor. 😉
@Beobachter: Nachts ist es KALT!
Und selbst??? ^^
@Theres: hier bei astrofotografie.hohmann-edv.de gibt es auch sehr gute Tipps zur Astrofotografie mit einfachen Mitteln, die Software ist auch frei erhältlich, und die dort verwendete Webcam ist mit meiner älteren Version, der Philips ToUcam PCVC740K fast identisch.
Hierzu einige Bildbeispiele (Sonnenaufnahmen, u.a.) mit recht guter Qualität. 😉
@Theres:
nöö, sie guckt ja die Sonne an, mit Baader Sonnenfilterfolie natürlich,
und in Spanien ist es immer sooo heiss. 😉
Tse, tse – aber selbst kein Bild einstellen, hm?
Sofort fünfundzwanzig Euro in die Chauvi-Kasse einzahlen – durchaus auch als Buchbestellung abzugelten – Verlagsemail steht etliche Posts weiter vorne ^_°
Interessante Seite übrigens, kannte ich noch nicht. Die Mondfotografien machen mich ja an. AviStack kenne ich schon, ist m. E. gut zu bedienen, trotzdem steht eine Webcam erst am Jahresende auf dem Programm, auch weil gucken im Moment viel cooler ist.
@Theres: hier ganz gendermässig als Ausgleich, die männlichen Astronomen bei ihrer täglichen Arbeit [1], [2] , nur einen astronomischen Adonis, extra für Dich, hab ich leider nicht gefunden. 😉
Wenn ihr schon Bilder von Astronomen austauscht, dann nehmt dieses hier von Blogkollegen Phil Plait von Bad Astronomy: https://juliasherred.com/wp-content/gallery/misc/skepdude_calendar_big.jpg
Aber eigentlich ist das ja alles etwas offtopic…
… sorry for ot, was du aber gerade belohnt hast (jedenfalls gilt das für mich 🙂
… was auch die Frage auf recht vielschichtige Weise beantwortet, „Wie viel Energie kriegen wir von der Sonne und was stellen wir damit an? 😉
Sorry, mag auch noch mal ganz kurz OT meinen Senf dazugeben@Beobachter: Du musst nur aufpassen, was du dir für Schweissglas besorgst. Bei deinem Link das hat einen fetten Grünstich. Im DSLR-Forum hat jemand scheint’s ein ziemlich neutralgraues gefunden, damit kann man schon was anfangen. Auf S.2 misst er es mal durch und kommt auf irgendwas von 2500-3000x, dass sind gute 11 Blenden, das hat schon was… Mal abgesehen davon, dass ein gekaufter Graufilter mit 1000x für diese Linse deutlich oberhalb der 50,- liegt.
@jitpleecheep: korrekt, nach 84 Seiten kommt man zur gleichen Erkenntnis. 😉
Vorletzter Absatz, letztes Wort.
Da ist ein S zu viel. Die Gasse im Treibhaus passt thematisch nicht in den Text 😉
Kann es sein, dass man sich bei der Berechnung der Leistung der Sonne um ein paar Zehnerpotenzen verrechnet hat?
Die Rechnung heißt ja:(gerundet)
1400W/m² * 4pi * (150*10^6 m)²
=
394 * 10^18 W
Das wären doch 394 Trillionen W und nicht Quadrillionen. Quadrillionen hätte es bei 10^24
@Sasuke
Aus dem Artikel:
Das muss bei dir in der Klammer 10^9 heißen … :-).