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Physik 9 · Wärmelehre

Absorption in der Atmosphäre

Die heiße Sonne strahlt vor allem sichtbares Licht ab, die viel kühlere Erde Infrarot. Die Luft behandelt beides ganz verschieden: Sichtbares Licht kommt fast ungehindert durch, Infrarot nehmen Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid und andere Gase bei bestimmten Wellenlängen auf. Stickstoff und Sauerstoff, die den größten Teil der Luft ausmachen, tun das nicht. Kurzes Licht wird außerdem an den Luftmolekülen gestreut; deshalb ist der Himmel blau.

So gehst du vor

  1. 1Ziehe die Linie im Diagramm mit dem Finger zu einer Wellenlänge. Rechts siehst du, wie viel durchkommt und wer den Rest aufnimmt.
  2. 2Schalte einzelne Gase aus und ein: Welche Lücken gehen auf?
  3. 3Vergleiche oben blasse und kräftige Flächen: blass, was ausgesandt wird, kräftig, was die Atmosphäre durchquert.
  4. 4Senke die Sonnenhöhe: Das Licht muss einen längeren Weg durch die Luft nehmen.
Ausgesandte Strahlung (je Kurve auf ihr Maximum bezogen)SonneErdeDurchlässigkeit der Atmosphäre (farbig: wer aufnimmt)050100%0,20,5125102050100λ in µm

Die Wellenlängenachse ist logarithmisch. Die Lage der Banden entspricht der Literatur, ihre Stärke ist vereinfacht: Das Bild zeigt das Prinzip, keine genaue Messung, und Wolken und Staub fehlen.

Bei 550 nm (sichtbares Licht)
durch die Atmosphäre: 88 %
stärkste Wirkung: Streuung
Sonnenstrahlung am Boden: 71 %
Erdstrahlung ins All: 19 %

Was wirkt?

Sonnenhöhe h

90 °

Weg durch die Luft: 1,0-mal so lang wie bei senkrechter Sonne. Die Erdstrahlung ist senkrecht nach oben gerechnet.

Von Gamma bis Radio: Was kommt am Erdboden an?

BereichWellenlängeKommt durch?Warum
Gammaunter 10 pmneinAbsorption hoch in der Luft
Röntgen10 pm bis 10 nmneinAbsorption hoch in der Luft
Ultraviolett10 nm bis 380 nmkaumOzon und Sauerstoff; nur UV-A und etwas UV-B kommen durch
Sichtbares Licht380 nm bis 780 nmjaOptisches Fenster, Blau wird gestreut
Infrarot780 nm bis 1 mmteilsWasserdampf und CO₂, offen um 10 µm
Mikrowellen1 mm bis 10 cmteilsab etwa 1 cm offen
Radiowellen10 cm bis 20 mjaRadiofenster
Lange Radiowellenüber 20 mneinDie Ionosphäre wirft sie zurück

Die Grenzen sind fließend und gerundet.

Aufträge

  1. Bei welchen Wellenlängen strahlen Sonne und Erde am stärksten? Warum überschneiden sich die Kurven kaum?
  2. Suche die „Fenster“: Wo kommen mehr als die Hälfte durch? Welches Fenster nutzen wir mit den Augen, welches nutzt eine Wärmebildkamera?
  3. Vergleiche die Anteile: Wie viel der Sonnenstrahlung kommt am Boden an, wie viel der Erdstrahlung im All? Erkläre damit den Treibhauseffekt in zwei Sätzen.
  4. Schalte nur Kohlenstoffdioxid aus, danach nur Wasserdampf. Welches Gas schließt mehr vom Infrarot? Wo liegt die wichtigste Bande von Kohlenstoffdioxid?
  5. Schalte Ozon aus und ziehe die Linie auf 0,28 µm. Was würde sich für das Leben an Land ändern?
  6. Senke die Sonnenhöhe auf 3°. Warum wird die Sonne rot? Warum ist der Himmel tagsüber blau?
  7. Warum stehen Röntgenteleskope im Weltall und Radioteleskope auf der Erde?

Theorie: Wärmelehre, Kapitel „Treibhauseffekt“; Rechnung dazu im einfachen Treibhausmodell.