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Grundwissen

Sonnenspektrum

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Das von der Sonne kommende Licht ähnelt dem Spektrum eines schwarzen Körpers.
  • Das Maximum der Strahlung liegt bei etwa \(550\,\rm{nm}\), also im Bereich von blau-grünem Licht.
  • Im Sonnenspektrum zeigen sich viele Absorptionslinien (Fraunhoferlininen), die Rückschlüsse z.B. auf die Zusammensetzung unsere Atmosphäre ermöglichen.
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Vergleich mit dem Spektrum eines Schwarzen Körpers

By The original uploader was Degreen at German WikipediaImproved Baba66 (opt Perhelion) on request; [CC BY-SA 2.0 de], via Wikimedia Commons, Änderungen von Stefan Richtberg
Abb. 1 Strahlungsintensität der Sonne auf der Erde im Vergleich zum schwarzen Körper

Das von der Sonne kommende Licht ähnelt dem Spektrum eines schwarzen Körpers. Aus der gesamten Strahlungsleistung würde man nach dem Gesetz von Stefan Boltzmann eine Temperatur von \(5770\,\rm{K}\) berechnen, dies nennt man die effektive Temperatur der Sonne.

Aus dem Strahlungsmaximum würde man nach dem Wienschen Gesetz auf eine Temperatur von \(6100\,\rm{K}\) schließen. Man nennt dies die Farbtemperatur der Sonne.

Das Maximum der Strahlung liegt bei etwa \(550\,\rm{nm}\), also im Bereich von blau-grünem Licht.

Auf der Erde kommt die Sonnenstrahlung jedoch nicht vollständig an, da z.B. in der Atmosphäre ein Teil der Strahlung reflektiert bzw. absorbiert wird. Da dies nicht alle Wellenlängen gleich stark betrifft, ergibt sich auf der Erde der in Abb. 1 dargestellte Intensitätsverlauf des Sonnenspektrums.

Undurchlässigkeit der Atmosphäre

Abb. 2 Undurchlässigkeit der Atmosphäre in weiten Teilen des EM-Spektrums

Die Absorption und Streuung des Sonnenlichtes in der Atmosphäre hängt stark von der Wellenlänge der einfallenden Strahlung ab. In Abb. 2 wird deutlich, dass glücklicherweise Gamma- und Röntgenstrahlung und auch große Teile des UV-Lichtes die Atmosphäre nicht durchdringen können und deshalb nicht auf dem Erdboden ankommen.

Auch im Infrarotbereich absorbiert die Atmosphäre in großen Bereichen sehr viel Strahlung. Radiowellen mit einer Wellenlänge zwischen etwa \(10\,\rm{cm}\) und \(10\,\rm{m}\) können die Erdatmosphäre  hingegen problemlos durchqueren.

Im Bereich des sichtbaren Lichtes absorbiert die Atmosphäre nur sehr wenig. Allerdings zeigen sich bei genauerer Untersuchung auch hier Wellenlängen, in denen nur wenig oder gar kein Licht auf die Erde fällt. Dieses Phänomen wird durch die Fraunhoferlinien beschrieben.

Fraunhoferlinien

Das untenstehende Spektrum in Abb. 3 ist das Prismenspektrum des Sonnenlichts, wie es auf der Erde erscheint.
Es zeigt viele mehr oder weniger intensive Absorptionslinien, die von Fraunhofer exakt ausgemessen wurden und die ein genaues Bild der Zusammensetzung der Schichten sind, die das Sonnenlicht auf seinem Weg von der Photosphäre der Sonne zum Beobachter auf der Erdoberfläche durchdringt. Es gibt also Ausblick über die Gaszusammenzusetzung in der Sonnenumgebung und in der Erdatmosphäre. Mehr Informationen zu den einzelnen Linien im Spektrum findest du in der Wikipedia.

Abb. 3 Fraunhoferlinien im Sonnenspektrum