3. Klima und Klimawandel

Die Sonnenstrahlung     (4/4)

Wie konstant ist die Solarkonstante?

Die Photosphäre der Sonne zeichnet sich durch komplizierte Schichten und durch Turbulenzen aus, die eine örtlich und zeitlich veränderliche Strahlungsemission ergeben. Besonders markant sind die mit etwa 11jähriger Periode - dem Schwabe-Zyklus - auftretenden dunklen Sonnenflecken. Sie gehen mit gleichzeitig auftretenden hellen Strukturen an der Sonnenoberfläche einher, weshalb sich insgesamt eine geringfügig vergrößerte Helligkeit der Sonne ergibt. Seit 1978 kann dies mit Satelliten im Weltraum präzise gemessen werden.

Oben: Monatlich bzw. jährlich gemittelte Zeitreihe der solaren Bestrahlungsstärke von 1976 bis 2015. Zu den Datenquellen: SORCE ist das Solar Radiation and Climate Experiment der NASA; PMOD ist das Physikalisch-Meteorologische Observatorium Davos in der Schweiz; Proxy-Daten sind keine direkten Messwerte, sondern werden aus damaligen Umweltbedingungen abgeleitet. Unten: Häufigkeit der beobachteten Sonnenflecken im Monatsmittel und als gleitendes Mittel über einen längeren Zeitraum.
Quelle: James Hansen et al., PLOS ONE, 2013, modifiziert.

Der in der Grafik am rechten Rand angegebene solare Antrieb 0,25 W/m² bezieht sich auf den Einfluss der Sonnenhelligkeit auf Klimaänderungen. Er ist mit einer relativen Höhe von etwa 2·10^-4 gering. Wir werden im Abschnitt über den Treibhauseffekt sehen, dass wegen der zunehmenden Treibhausgase netto 0,6 W/m² der Sonnenstrahlung auf der Erde verbleiben; dieser kontinuierliche Antrieb erklärt den derzeitigen Klimawandel. Der solare Antrieb ist jedoch periodisch und führt daher nicht zu langfristigen Änderungen des Klimas.

Wir können nun die zu Anfang des Kapitels über Temperaturstrahlung gestellte Frage beantworten: Ist die Sonne ein Schwarzer Körper?

Das ist nicht der Fall, denn

• der spektral breiten thermischen Emission der Photosphäre kann wegen der variablen Temperaturen der beteiligten Schichten keine eindeutige Temperatur zugeordnet werden, und
• die vielen spektral schmalen Fraunhofer-Linien überlagern sich dem thermisch erzeugten Emissionsspektrum.

Trotz dieser Einschränkungen kann die Sonnenstrahlung, wie sie im Weltraum und daher unbeeinflusst von Streuung und Absorption in der Erdatmosphäre gemessen wird, recht gut durch die Strahlungsgesetze des Schwarzen Körpers beschrieben werden, sofern Genauigkeiten im Detail nicht wesentlich sind:

• die Farbtemperatur ist etwa 5900 K; mit dieser Temperatur wird nach den Ergebnissen des vorherigen Abschnitts der Verlauf des Spektrums - jedoch nicht die Helligkeit - durch das Plancksche Strahlungsgesetz gut angenähert;
• die schwarze Temperatur oder Strahlungstemperatur T_rad, mit der ein Schwarzer Körper mit gleicher Helligkeit beschrieben wird, beträgt 5772 K. Sie ist etwas kälter als die Farbtemperatur und ergibt sich aus der etwas geringeren Helligkeit des Spektrums der extraterrestrischen Sonnenstrahlung.

Die Sonne ist ein grauer Strahler.





... auch wenn wir Ihre Farben sehr schätzen.