Wie kommt Wärmeenergie von der Sonne zur Erde?

Durch Strahlung.
Da es im Weltraum außerhalb der Erde keine Atmosphäre gibt, besteht keine Möglichkeit der Wärmeableitung zwischen Sonne und Erde. Das Licht, das von der Sonne zur Erde wandert, überträgt Wärme durch Strahlung auf die Erde.

Wärme bewegt sich immer von heißen Orten zu kalten Orten. Da die Sonne heißer als die Erde ist und aufgrund von Fusionsreaktionen viel Wärme produziert, wandert die Wärme zur Erde. Wärme braucht einen Kanal, durch den sie wandern kann. Aber die Strahlung kann durch leere Räume wandern. Diese Strahlungen werden durch die Ozonschicht gefiltert.

Wärmeenergie ist eine Form von elektromagnetischen Wellen mit kurzer Wellenlänge. (Wellenlänge unterscheidet sich je nach Temperatur des Körpers, von dem sie emittiert wird) elektromagnetische Wellen benötigen kein materielles Medium, um sich fortzubewegen. So erreicht die Sonnenwärme die Erde durch Strahlung, wo Wärme wird kontaktlos übertragen.

Sobald die Wärmeenergie von der Sonne die Erde erreicht, wird sie von den Pflanzen zur Atmung verwendet und in den Pflanzen/Früchten/Gemüsen gespeichert. Energie wird an andere Organismen weitergegeben, die diese Pflanzen fressen und ihre Zellen repirieren. Dann wird die Energie in Bewegung umgesetzt. Die Sonne ist also die Energiequelle für das Leben auf der Erde. Die Wärmeenergie wird durch das Leben in alle anderen Energiearten umgewandelt.

Die Sonne ist wie ein Kernreaktor, der hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium besteht. Durch die Reaktion dieser Gase gibt die Sonne Strahlung in Form von UV-Strahlen ab. Diese Strahlen reisen durch den Weltraum und treffen auf die Erde. Zum Glück kommt nur eine kleine Menge durch, weil unseres magnetischen Schildes. Wenn das nicht wäre, würden wir braten. Aber so empfängt die Erde die Sonnenwärme.

Sonnenenergie
Von der Sonne zur Erde
Weltraum
Die enorme Energiemenge, die die Sonne kontinuierlich ausstrahlt, wird in alle Richtungen in den Weltraum gestreut. Nur ein kleiner Bruchteil dieser Energie wird von der Erde und anderen Sonnenplaneten abgefangen.
Die Sonnenenergie, die die Peripherie der Erdatmosphäre erreicht, wird für alle praktischen Zwecke als konstant angesehen und wird als Sonnenkonstante bezeichnet. Aufgrund der Schwierigkeit, genaue Messungen zu erzielen, ist der genaue Wert der Sonnenkonstante nicht mit Sicherheit bekannt, wird jedoch auf zwischen 1.353 und 1.395 W/m2 (ungefähr 1,4 kW/m2 oder 2,0 cal/cm2/min) geschätzt. Der Wert der Sonnenkonstante wird auf der Grundlage der Sonnenstrahlung geschätzt, die auf einer Einheitsfläche empfangen wird, die senkrecht zu den Sonnenstrahlen in einem durchschnittlichen Abstand zwischen Sonne und Erde ausgesetzt ist.

Beim Durchgang durch den vom Vakuum geprägten Weltraum bleiben die verschiedenen Arten der Sonnenenergie intakt und werden erst dann verändert, wenn die Strahlung die Spitze der Erdatmosphäre erreicht. Im Weltraum würde man daher erwarten, die in Tabelle 1 aufgelisteten Strahlungsarten anzutreffen, nämlich: Gammastrahlung, Röntgenstrahlung, Ultraviolett- und Infrarotstrahlung.

Atmosphärische Effekte
Nicht die gesamte Sonnenstrahlung, die an der Peripherie der Atmosphäre empfangen wird, erreicht die Erdoberfläche. Dies liegt daran, dass die Erdatmosphäre eine wichtige Rolle bei der gezielten Steuerung des Durchgangs der verschiedenen Komponenten der Sonnenstrahlung zur Erdoberfläche spielt.
Ein beträchtlicher Teil der Sonnenstrahlung wird beim Auftreffen auf die obersten Schichten der Atmosphäre und auch von den Wolkenspitzen in den Weltraum zurückreflektiert. Beim Durchdringen der Atmosphäre wird ein Teil der einfallenden Strahlung von atmosphärischen Gasen, Dämpfen und Staubpartikeln entweder absorbiert oder in alle Richtungen gestreut. Tatsächlich sind zwei Prozesse bekannt, die an der atmosphärischen Streuung der Sonnenstrahlung beteiligt sind. Diese werden als selektive Streuung und nicht-selektive Streuung bezeichnet. Diese beiden Prozesse werden durch die unterschiedlichen Partikelgrößen in der Atmosphäre bestimmt.

Selektive Streuung wird so genannt, weil Strahlungen mit kürzeren Wellenlängen viel stärker selektiv gestreut werden als solche mit längeren Wellenlängen. Sie wird durch atmosphärische Gase oder Partikel verursacht, deren Abmessungen kleiner sind als die Wellenlänge einer bestimmten Strahlung. Eine solche Streuung könnte durch Gasmoleküle, Rauch, Dämpfe und Dunst verursacht werden. Unter klaren atmosphärischen Bedingungen wäre die selektive Streuung daher viel weniger schwerwiegend als bei einer weitgehenden Verschmutzung der Atmosphäre durch anthropogene Quellen.

Die selektive atmosphärische Streuung ist im Allgemeinen umgekehrt proportional zur Wellenlänge der Strahlung und nimmt daher in der folgenden Größenordnung ab: Fernes UV > nahes UV > Violett > Blau > Grün > Gelb > Orange > Rot > Infrarot. Dementsprechend ist die am stärksten gestreute Strahlung diejenige, die in die ultravioletten, violetten und blauen Bänder des Spektrums fällt. Die Streuwirkung der Strahlung in diesen drei Bändern ist etwa zehnmal so groß wie bei den roten Sonnenstrahlen.

Es ist interessant festzustellen, dass die selektive Streuung von violettem und blauem Licht durch die Atmosphäre die blaue Farbe des Himmels verursacht. Wenn die Sonne gegen Mittag direkt über ihnen steht, tritt nur eine geringe selektive Streuung auf und die Sonne erscheint weiß. Dies liegt daran, dass das Sonnenlicht zu diesem Zeitpunkt die minimale Dicke der Atmosphäre durchdringt. Bei Sonnenauf- und -untergang hingegen dringt das Sonnenlicht schräg durch eine viel dickere Atmosphärenschicht. Dies führt zu einer maximalen atmosphärischen Streuung von violettem und blauem Licht mit nur geringem Einfluss auf die roten Sonnenstrahlen. Daher erscheint die Sonne bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang rot.

Die in der unteren Atmosphäre auftretende nichtselektive Streuung wird durch Staub, Nebel und Wolken mit Partikelgrößen von mehr als dem Zehnfachen der Wellenlänge der Komponenten der Sonnenstrahlung verursacht. Da die Streuung für alle Wellenlängen gleich ist, erscheinen Wolken und Nebel weiß, obwohl ihre Wasserpartikel farblos sind. Atmosphärische Gase absorbieren auch Sonnenenergie in bestimmten Wellenlängenintervallen, die als Absorptionsbänder bezeichnet werden, im Gegensatz zu den Wellenlängenbereichen, die durch eine hohe Durchlässigkeit von Sonnenstrahlung gekennzeichnet sind, die als atmosphärische Transmissionsbänder oder atmosphärische Fenster bezeichnet werden.

Der Absorptionsgrad der die äußere Atmosphäre durchdringenden Sonnenstrahlung hängt von den Komponenten des Sonnenlichts und deren Wellenlängen ab. Die Gammastrahlen, Röntgenstrahlen und ultraviolette Strahlung mit einer Wellenlänge von weniger als 200 nm werden von Sauerstoff und Stickstoff absorbiert. Der größte Teil der Strahlung mit einem Wellenlängenbereich von 200 bis 300 nm wird von der Ozonschicht (O3) in der oberen Atmosphäre absorbiert. Diese Absorptionsphänomene sind für Lebewesen essentiell, da eine längere Exposition gegenüber Strahlung mit Wellenlängen kleiner als 300 nm lebendes Gewebe zerstört.

Sonnenstrahlung im roten und infraroten Spektralbereich mit Wellenlängen über 700 nm wird teilweise von Kohlendioxid, Ozon und Wasser absorbiert, das in der Atmosphäre in Form von Dampf und kondensierten Tröpfchen vorhanden ist (Tabelle 1). Tatsächlich absorbieren die in Wolken vorhandenen Wassertröpfchen nicht nur Strahlen mit langen Wellenlängen, sondern streuen auch einen Teil der Sonnenstrahlung mit kurzen Wellenlängen.

Ebenerdig
Als Folge der atmosphärischen Phänomene, die Reflexion, Streuung und Absorption von Strahlung beinhalten, wird die Menge der Sonnenenergie, die schließlich die Erdoberfläche erreicht, in ihrer Intensität stark reduziert, wenn sie die Atmosphäre durchquert. Das Ausmaß der Reduktion variiert mit der Strahlungswellenlänge und hängt von der Länge des atmosphärischen Weges ab, den die Sonnenstrahlung durchquert. Die Intensität der direkten Sonnenstrahlen hängt somit vom Sonnenstand ab und variiert auch mit Faktoren wie Breitengrad, Jahreszeit, Bewölkung und Luftschadstoffen.
Die am Boden empfangene gesamte Sonnenstrahlung umfasst sowohl die direkte als auch die indirekte (oder diffuse) Strahlung. Diffuse Strahlung ist der Anteil der Gesamtstrahlung, der durch atmosphärische Streuung und Reflexion der einfallenden Strahlung am Boden entsteht. Reflexion vom Boden ist hauptsächlich sichtbares Licht mit einer maximalen Strahlungsspitze bei einer Wellenlänge von 555 nm (grünes Licht). Die relativ kleine Energiemenge, die von der Erde bei einer durchschnittlichen Umgebungstemperatur von 17°C an ihrer Oberfläche abgestrahlt wird, besteht aus Infrarotstrahlung mit einer Spitzenkonzentration bei 970 nm. Diese unsichtbare Strahlung ist nachts dominant.

Bei Tageslicht kann die diffuse Strahlung zur Mittagszeit sogar bei klarem Himmel bis zu 10 % der gesamten Sonnenstrahlung betragen. Dieser Wert kann am frühen Morgen und am späten Nachmittag auf etwa 20 % ansteigen.

Zusammenfassend ist es daher offensichtlich, dass bei bewölktem Wetter die am Boden empfangene Gesamtstrahlung stark reduziert wird, wobei der Grad der Reduzierung von der Wolkenbedeckung und der Wolkendicke abhängt. Unter extremen Wolkenbedingungen würde ein erheblicher Anteil der einfallenden Strahlung in Form von Streulicht oder diffusem Licht vorliegen. Darüber hinaus ist in den frühen und späten Stunden des Tages mit geringerer Sonneneinstrahlung zu rechnen. Diese Tatsachen sind von praktischem Wert für die richtige Nutzung der Sonnenstrahlung für solche Zwecke wie die Zerstörung von Mikroorganismen.

Die Sonne ist eine Energiequelle für die Erde und Energie wird in Form von Energiepaketen, die als Licht bekannt sind, von der Sonne zur Erde übertragen. Es ist interessant festzustellen, dass diese Energiepakete in Form von Wellen von der Sonne zur Erde wandern. Dabei spielt die Form des Lichts (Energiepakete, die sich in Form von Wellen bewegen) eine wichtige Rolle. Wenn Lichtenergie die Erde erreicht, trifft sie auf und strahlt Energie aus. Verschiedene Objekte reagieren unterschiedlich auf die Energie, da einige mehr Energie absorbieren, während andere dies nicht tun. Auf diese Weise wird Energie von der Sonne auf die Erde übertragen.

Die Sonne sendet Hitzewellen aus, die so intensiv sind, dass sie, wenn sie lodert, zur Erde wandert, die sie dann erwärmt und die Erde heiß wird.