Wieso fühlt sich die Sonne im Sommer wärmer an als im Winter?
Der Wechsel zwischen den Jahreszeiten beruht ja auf der Neigung der Erdachse und der damit verbundenen längeren Sonneneinstrahlung und nicht auf der Entfernung zur Sonne. Warum "brennt" die Sonne dann aber im Sommer richtiggehend auf der Haut, während die direkte Strahlung der Sonne im Winter wesentlich weniger wärmt? Man könnte sich ja vorstellen, dass die Sonne durch ein Fenster schneint, und man sich in beiden Situationen in einem Raum mit gleicher Temperatur befindet, dann hat man den Faktor Umgebungstemperatur ausgemerzt.
6 Antworten
Die Erde ist eine Kugel mit einer Atmosphäre rundherum und einer gegenüber der Sonne geneigten Achse. Je schräger das Sonnenlicht durch die Atmosphäre kommt (Also je niederer die Sonne steht), desto mehr ihrer Energie wird absorbiert und erreicht nicht den Boden.
Im Winter steht die Sonne aufgrund der Neigung der Erdachse auf der Nordhalbkugel tiefer als im Sommer.
Darum kommt weniger Energie auf deine Haut und wärmt entsprechend weniger.
Das ist übrigens auch der Grund, warum es am Äquator am wärmsten wird.
Der Grund ist, dass bis zum Hochsommer die Atmosphäre sich schon stark aufgeheizt hat und somit viel Energie speichert und diese im Sommer auch stärker abstrahlt. Es ist also nicht direkt die Sonne, die im Somme so brennt, sondern die gespeicherte Energie der Atmosphäre. Auch der Boden strahlt mehr Energie ab, da auch dieser bis zum Sommer viel Energie gespeichert hat und an die Atmosphäre abstrahlt. Im Winter dagegen hat die Atmosphäre viel Energie verloren, der Boden ebenso, weil die Sonnentage kurz sind und die Sonne nur in einem flachen Winkel einstrahlt. Es wird also gegen Winter quasi mehr Wärme abgestrahlt als aufgenommen werden kann, im Sommer ist es umgekehrt.
Dafür sind 2 Faktoren verantwortlich:
1. Im Sommer steht die Sonne tagsüber meistens höher, damit wird die Strahlung intensiver. Bei höherem Sonnenstand ist die Strecke der Strahlen durch die Atmosphäre kürzer.
2. Im Sommer ist die Lufttemperatur meistens höher als im Winter, die Haut wird also schon im Schatten vorgewärmt. Deshalb wird die Haut unter Sonnenbestrahlung stärker erwärmt. Wir neigen dazu, subjektiv die Hauttemperatur der Strahlung zuzuschreiben.
Wenn Du die Umgebungstemperatur als Einflussgröße ausschaltest (hinter dem Fenster), dann ist nur noch der Sonnenstand wirksam. Bei gleichem Sonnenstand und gleicher Umgebungstemperatur ist die Wirkung gleich.
Experiment:
Denk' Dir eine Fläche zwischen Sonne und Erde (oder ein Blatt Papier mit Kästchenmuster zwischen einer Lampe und einem Ball), und diese in Quadrate eingeteilt.
Dann wird durch jedes Quadrat die gleiche Menge Licht kommen (vorrausgesetzt, die Lichtquelle ist entfernt genug, so daß man ihre Strahlen als parallel betrachten kann).
Diese Lichtmenge wird nun auf die gekrümmte Oberfläche der Erde projeziert.
Du siehst deutlich, daß die durch ein solches Quadrat gehende Lichtmenge am Äquator fast 1-zu-1 auf die Erdoberfläche projeziert wird.
Wenn Du Dich vom Äquator entfernst, wird es aber auf eine immer größer werdende Projektionsfläche verteilt,
d.h. der Quotient aus E/F (Energie pro Fläche) wird immer kleiner.
Die Lichtdichte (Energiedichte) nimmt also zu beiden Seiten ab und erreicht an den Polen nahezu 0.
Da die Erde gekippt ist, verändert sich der Winkel unserer gemäßigten Zone im Verlauf eines Jahres und wir erhalten mal mehr, mal weniger Licht.
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Der andere genannte Punkt (Absorption) spielt natürlich auch eine Rolle.
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In welchem Verhältnis sie stehen (welcher Effekt schwerwiegender ist) kann ich Dir auf die Schnelle nicht beantworten - dazu müsste ich erst die Absorptionskoeffizienten ergoogeln, die Energieverteilung (ist Frequenzabhängig), die mittlere Dichte der Atmosphäre usw. ermitteln.
Vermutlich ist der Absorptionseffekt größer - andererseits muss die Energie ja irgendwo bleiben (auch wenn ein großer Teil wieder ins Weltall abgestrahlt wird).
Vielleicht hat jemand dazu Hintergrundwissen oder berechnet das mal...
In jedem Fall bewirken beide Effekte (Absorption und größere Projektionsfläche) das selbe: weniger Energie kommt unten an, je weiter man sich vom Äquator entfernt und die Effekte verstärken sich.
PS: warum ist es dann am Pol nicht stockdunkel?
Weil da nur noch Streulicht (diffus von allen Seiten) aus der Atmosphäre ankommt.
PPS: die Erde ist natürlich keine exakte Kugel. Ein paar Sonnenstrahlen erreichen auch am Pol den Boden. Da reicht schon eine Erhebung oder ein Iglu.
Außen auf die Atmosphäre treffen ungedämpft etwa 1350 Watt/m^2 an Strahlungsleistung ein.
Durch die Atmosphäre wird ein teil davon absorbiert. Je länger der Weg durch die Atmosphäre, umso mehr geht verloren.
Im Sommer kommen Mittags bei uns noch etwa 700 W/m^2 an, am Äquator bis zu 1000 W/m^2. Durch Wolken kann die Leistung auf 100 - 300 W/m^2 absinken.
Im Winter sinkt durch die Schrägstellung der Erde die Leistung, die auf der Erdoberfläche ankommt, auf rund 250 W/m^2 (wolkenlos).