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Am Rande der (absorbierenden) Erdatmosphäre gemessen, empfängt jeder Quadratmeter unserer Erde (bei senkrechter Einstrahlung) von der Sonne pro Sekunde eine Energie von 1370 J (im Mittel). Diese Bestrahlungsstärke wird durch die Solarkonstante S angegeben Bei einem (mittleren) Abstand zwischen Erde und Sonne von R=149,6 Mio km = 1,496·1011 m beträgt die Oberfläche der Kugel
Für den Gesamtstrahlungsfluss der Sonne gilt dann S·A = 3,84·1026 Watt, d. h. die Energie, die die Sonne pro Sekunde in den Raum abstrahlt, wird damit:
Abkühlung Wenn keine Einergie nachgeliefert wird, bedeutet die Abstrahlung von 3,85·1026 J pro Sekunde mit der spezifischen Wärmekapazität von Wasser (c=4,18 kJ/kg K) pro Sekunde eine Abkühlung oder 1,5 K pro Jahr Verbrennung Steinkohle hat einen "Brennwert" von 8,14 kWh/kg = 2,93·107 J/kg. Die Energieabstrahlung der Sonne von 3,85·1026 J pro Sekunde entspricht der Verbrennung von 1,31·1019 kg Steinkohle pro Sekunde. Bei einer Sonnenmasse von 2·1030 kg beträgt ihr Energievorrat 5,86·1037 J. Dies reicht aus für eine Zeit
Ein Komet der Masse m, von der Sonne (Masse M) aus dem Unendlichen eingefangen, erreicht beim Aufprall auf die Sonnenoberfläche eine Geschwindigkeit v, die sich aus dem Energiesatz ergibt: v = Wurzel(2 G M / R) = 6,2·105 m/s = 620 km/s Jedes auf die Sonne herabstürtzende Kilogramm (m=1 kg) führt ihr die kinetische Energie Um den Energieverlust von W = 3,85·1026 J pro Sekunde zu decken, muss in jeder Sekunde eine Masse von 2,0·1015 kg auf die Sonne prallen, und pro Jahr 6,4·1022 kg oder 3,2·10-8 der Sonnenmasse. Die Gravitationskraft auf einen Planeten (Masse mP) auf seiner Kreisbahn (Radius r) nimmt im gleichen Verhältnis zu: Bei unveränderter Bahngeschwindigkeit vP des Planeten wächst der Radius seiner Umlaufbahn um die Sonne ebenfalls: In
1
Millionen
Jahren
vergrößert
sich
der Bahnradius um 3,2 %
und und die (z. B. auf die Erde) eingestahlte Sonnenenergie nimmt um
6,4 % ab. Pro
Jahrhundert
müsste
die
Umlaufdauer
der
Erde (Jahreslänge) um
100 Sekunden zunehmen). Gravitation
Denkt man sich die Sonne schrittweise aufgebaut, indem man infinitesimal kleine Massenelemente dm aus dem "Unendlichen" bis an den Rand r der Sonne heranführt, die bereits die Masse m besitzt, wird jeweils die Energie dW frei: Durch Integration über die Masse m von 0 bis zur Gesamtmasse M (bei Radius R) der Sonne erhält man: Mit
der
Masse
M=1,99·1030 kg, dem Radius der Sonne
R=696000 km = 6,96·108 m und der
Gravitationskonstante G=6,673·10-11 m3/(kg·s2)
ergibt
sich
für
ihren
Energieinhalt W =
1,90·1041 J
Dies reicht bei konstanter Wärmestrahlung aus für eine Zeit, die als Alter der Sonne angesehen werden kann: Durch
die
Kontraktion
verringert
sich
der
Durchmesser der Sonne. ![]() Differenzieren von (*) liefert: Pro Sekunde ist dW = 3,84·1026 J, und die Abnahme dR des Radius wird damit pro Sekunde Dies entspricht pro Jahr einer Abnahme um 2,0·10-6
Bogenminuten im Winkeldurchmesser oder 0,012 Bogensekunden/Jahrhundert. In 1 Millionen Jahren wäre der Winkeldurchmesser der Sonne um fast 7 % geschrumpft.
Variationen der "Solarkonstanten" im 11-jährigen
Sonnenfleckenzyklus und klimatische Auswirkungen Letzte Änderung: 17.11.2010 |