3. Klimaat en klimaatverandering

Zonnestraling     (4/4)

Hoe constant is de zonneconstante?

De fotosfeer van de zon bevat ingewikkelde lagen en veel turbulentie, die resulteren in een stralingsemissie die varieert op verschillende locaties en verschillende tijden. Bijzonder interessant is een groep donkere zonnevlekken die in een 11-jarige cyclus verschijnen - de Schwabe-cyclus. Ze gaan gepaard met heldere emissies op het zonneoppervlak, waardoor de zon iets helderder wordt. Satellieten in de ruimte meten deze veranderingen al sinds 1978 nauwkeurig.

Hierboven: Maandelijkse en jaarlijkse gemiddelde timelapses van de zonne-instraling van 1976 tot 2015. Over de gegevensbronnen: SORCE is NASA's Solar Radiation and Climate Experiment; PMOD is het Physical Meteorological Observatory in Davos in Zwitserland; De proxy-gegevens zijn niet rechtstreeks gemeten, maar afgeleid van de milieuomstandigheden op dat moment. Onderaan: Frequentie van de waargenomen zonnevlekken gemiddeld over een maand en als voortschrijdend gemiddelde over een langere periode.
Bron: James Hansen et al., PLOS ONE, 2013, gemodificeerd.

De 'zonneforcering' 0,25 W/m² aan de rechterkant van de grafiek geeft de invloed van de helderheid van de zon op klimaatveranderingen aan. Met een relatieve waarde van 2·10^-4 wordt deze als vrij laag beschouwd. We zullen in de paragraaf over het broeikaseffect zien dat er netto 0,6 W/m² aan zonnestraling op aarde blijft door de toenemende broeikasgassen; deze continue forcering verklaart de huidige klimaatverandering. De zonneforcering is echter periodiek en leidt daarom niet tot langetermijnveranderingen in het klimaat.

We kunnen nu de vraag beantwoorden die gesteld werd aan het begin van het hoofdstuk over thermische straling: Is de zon een zwart lichaam?

Dat is niet het geval, want

• de spectraal brede thermische emissie van de fotosfeer kan niet worden gedefinieerd door een exacte temperatuur, vanwege de variabele temperaturen van de lagen van de zon, en
• de vele spectraal smalle Fraunhofer-lijnen bovenop het thermisch gegenereerde emissiespectrum liggen.

Ondanks deze beperkingen kan zonnestraling, indien gemeten in de ruimte en niet beïnvloed door verstrooiing en absorptie in de aardatmosfeer, vrij goed worden gedefinieerd door de wetten van black body straling, op voorwaarde dat een hoge nauwkeurigheid van sommige details niet essentieel is:

• is de kleurtemperatuur ongeveer 5900 K; bij deze temperatuur kan, volgens de resultaten van de vorige paragraaf, de vorm van het spectrum (maar niet de helderheid!) goed benaderd worden door de stralingswet van Planck;
• de black body-temperatuur of stralingstemperatuur T_rad, die een zwart lichaam met dezelfde helderheid beschrijft, is 5772 K. Deze temperatuur is iets kouder dan de kleurtemperatuur en is het gevolg van de iets lagere helderheid van het spectrum van de buitenaardse zonnestraling.

De zon is een grijze radiator.





... ook al waarderen we haar kleuren erg.