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Solarkonstante

Mit der Solarkonstante E₀ wird die Strahlungsleistung der Sonne bezeichnet, die oberhalb des Atmosphäreneinflusses bei mittlerem Sonnenabstand und senkrechtem Strahleneinfall durch eine bestimmte Flächeneinheit fließt. Mit anderen Worten ist es die Strahlungsenergie der Sonne, die pro Zeit und Fläche im Mittel auf der Erde ankäme, wenn es keine Atmosphäre gäbe. Dieser Wert ist physikalisch gesehen eine Bestrahlungsstärke, eine Größe der Radiometrie.

Der Mittelwert für die Solarkonstante wurde 1982 von der World Meteorological Organization in Genf auf 1367 Watt pro m² festgelegt.

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Die Solarkonstante lässt sich mit dem Stefan-Boltzmann-Gesetz berechnen. Die Bezeichnung „-konstante“ ist hierbei irreführend, denn der Wert ist nicht konstant. Da die Bestrahlungsstärke E_e vom Abstand der Erde von der Sonne abhängt, ändert sich allein schon deswegen der Wert im Laufe des Jahres (aber auch längerfristig, siehe Milanković-Zyklen). Der Abstand der Erde von der Sonne schwankt infolge der Bahnexzentrizität zwischen 1,47 · 10⁸ km und 1,52 · 10⁸ km. Daher nimmt die Bestrahlungsstärke Werte zwischen 1325 W/m² und 1420 W/m² an. Im Perihel ist der Wert circa 3,4 % größer und im Aphel um circa 3,5 % kleiner.

Zudem schwankt, wie schon 1843 Samuel Heinrich Schwabe erkannt hatte, die Strahlungsleistung der Sonne periodisch, nämlich in einem circa elfjährigen Sonnenfleckenzyklus, der auch durch das verstärkte Auftreten von Sonnenflecken erkennbar ist. Dabei scheint der so genannte Schwabe-Zyklus jedoch nicht für eine vollständige Beschreibung der Variabilität innerhalb der Sonnenaktivität auszureichen.

Langfristig nimmt die Strahlungsleistung der Sonne ferner infolge der natürlichen Entwicklung als Hauptreihenstern derzeit um etwa ein Prozent alle 100 Millionen Jahre zu. Kurz nach ihrer Entstehung betrug ihre Leuchtkraft nur etwa 70 % des heutigen Wertes. Auch wenn diese Entwicklung für die Klimaentwicklung in historischen Zeiträumen keine Rolle spielt, so muss sie dennoch bei der Beurteilung des Klimas in der früheren Erdgeschichte mit berücksichtigt werden.

Die Solarkonstante, also die eintreffende Strahlungsleistung der Sonne auf die Erde pro Quadratmeter, ist ein zentraler Faktor bei der Erstellung von Klimamodellen und sollte damit so genau wie möglich bestimmt werden.

Die nach Durchlaufen der Atmosphäre auf der Erdoberfläche eintreffende Strahlungsleistung der Sonne - die Globalstrahlung - unterliegt unter anderem aufgrund der Absorption elektromagnetischer Strahlung in der Erdatmosphäre Schwankungen und weicht auch durch deren Krümmung zudem von der Solarkonstante nach unten ab. Es müssen mehrere Einflussfaktoren berücksichtigt werden, unter anderem die Dicke der Atmosphäre, die von der Strahlung durchlaufen werden muss (die so genannte Air Mass), und die Trübung der Atmosphäre durch ihren Gehalt an Wasserdampf und Verunreinigungen, so dass eine Messung hier keinen besonders exakten Wert für die Solarkonstante liefert.

Um dieses Hindernis zu überwinden, werden seit 1983 Messungen im Weltraum vorgenommen. Dort sind die Ergebnisse nicht durch die Einflüsse der Atmosphäre verfälscht, und man bekommt eine Referenz für bodengestützte Messungen. Es sind wiederholt einzelne Messungen mit Raumsonden und Satelliten vorgenommen worden. Der 1995 gestartete Satellit SOHO führt kontinuierliche Messungen mit dem Radiometer Virgo durch. Auch eine Messung von der Internationalen Raumstation aus ist geplant. Die Messungen werden vom Royal Meteorological Institute of Belgium koordiniert. Bisherige Ergebnisse zeigen, dass der Wert um etwa 0,1 % mit dem Schwabe-Zyklus schwankt.

Aus der Solarkonstanten lässt sich die Strahlungsleistung Φ der Sonne berechnen, indem man sie mit der Oberfläche A der Hüllkugel um die Sonne mit dem Radius des mittleren Erdabstands r = 149,6 · 10⁹ m multipliziert:

Solarkonstanten der Planeten

Siehe auch

• Sonnenstrahlung
• Sonnenenergie
• Treibhauseffekt
• Air Mass