Dlaczego promieniowanie słoneczne to promieniowanie krótkofalowe, a promieniowanie Ziemi i atmosfery to promieniowanie długofalowe?

Zgodnie z prawem Stefana-Bolzmana:
wszystkie obiekty o temperaturze powyżej zera absolutnego (0 K) emitują promieniowanie proporcjonalnie do czwartej potęgi temperatury.
Nazwa prawa pochodzi od nazwisk dwóch badaczy: Josefa Stefana (1835-1893) i Ludwiga Boltzmanna (1844-1906).


Ryc. 2. Josef Stefan (1835-1893)

Ryc. 3. Ludwig Boltzmann (1844-1906)


Ryc. 4.
Wilhelm Wien (1864-1928)


Natomiast prawo Wiena głosi, że:
długość fali w µm, przy której następuje maksymalne wypromieniowanie (λmax) jest odwrotnie proporcjonalna do temperatury ciała promieniującego.
Nazwa prawa pochodzi od nazwiska Wilhelma Wiena (1864-1928).


Ryc. 5.
Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887)


Jest jeszcze prawo Kirchhoffa (1824-1887), które głosi, że:
jeśli ciało w danej temperaturze nie pochłania promieniowania o danej długości fal to nie może emitować promieniowania w tym przedziale długości fal.



A teraz popatrzmy jak wygląda porównanie parametrów Ziemi i Słońca, które są istotne w świetle powyższych praw:

Parametr Słońce Ziemia
temperatura ok. 6000 K (fotosfera) ok. 288 K = 15°C
λmax 0,48 μm 9,66 μm

Tab.1 Temperatura i długość fali, przy której następuje maksymalne wypromieniowanie Słońca i Ziemi

Źródło danych w tabeli: Meteorologia i klimatologia, 2005
Źródło zdjęć: NASA




Ryc. 6. Porównanie widm promieniowania ciał doskonale czarnych o temperaturze 6000 K i 300 K. Skala natężenia promieniowania jest różna dla obu ciał Źródło: Meteorologia i klimatologia, 2005

Ziemia i atmosfera promieniują w zakresie promieniowania długofalowego ponieważ mają temperaturę, w której może zachodzić promieniowanie tyko w takim zakresie. Słońce jest znacznie cieplejsze od Ziemi i dlatego emituje promieniowanie o znacznie krótszej długości fali. Gazy cieplarniane emitują promieniowanie podczerwone ponieważ w takim zakresie pochłaniają promieniowanie do nich docierające.

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o bilansie energetycznym Ziemi przeanalizuj proszę rycinę 7, pochodzącą z 5. raportu Międzyrządowego Panelu ds. Zmian Klimatu (www.ipcc.ch)

Ryc. 7. Szacunkowy średni roczny, globalny bilans energii Ziemi.
Objaśnienia: średnie szacowane globalne strumienie energii w W/m2; w nawiasach podano zakresy wartości stanowiące możliwy zakres błędu szacowania
Źródło: Climate Change 2013

Ostatnia modyfikacja: czwartek, 19 luty 2015, 11:27