Fragen zur Temperatur von etwas im Weltraum sind oft sehr schwer festzulegen ( Beispiel ), da Strahlungsübertragung zu / von vielen verschiedenen Regionen im Sichtfeld bei dramatisch unterschiedlichen Temperaturen stattfindet - was zu unterschiedlichen Antworten führt, je nach Position eines Objekts und Strahlungseigenschaften. Ich möchte nach dem einfachsten Fall eines Objekts im Low Earth Orbit (LEO) fragen, den ich mir vorstellen kann.
Lassen Sie uns die Tatsache ignorieren, dass sich ein Objekt im Orbit auf der Nachtseite der Erde schließlich auf die Sonnenseite bewegt. Nehmen wir an, es gibt einen schwarzen Körper in einer Umlaufbahnhöhe über der Erde auf der gegenüberliegenden Seite der Sonne. Keine interne Wärmeentwicklung. Völlig stabiler Zustand. Welche Temperatur hätte das Objekt?
Einige erste Überlegungen:
Der Einfachheit halber machen wir daraus einen Teller. Von diesem Punkt an weiß ich nicht genau, wohin ich gehen soll. Die Erde nimmt eine Gerade ein Raumwinkel des Gesichtsfeldes. Wir wissen der Erde und des Weltraums, aber brauchen wir mehr Informationen? Die Antwort wäre wahrscheinlich eine Funktion des Emissionsvermögens der Erde.
Alternativ würden wir vielleicht finden von der Erde und gehen davon aus, dass die gesamte vom Satelliten ausgehende Strahlung verloren geht. Dieses letzte Argument ist sicherlich richtig, aber es ist eine Quelle meiner Verwirrung.
Warum ich frage, meine Verwirrung (nicht erforderlich, um die Frage zu beantworten):
Was bedeutet es , dass der Treibhauseffekt die Erde strahlungsisoliert ? Wir haben die Oberfläche bei gegeben , dann wird ein Teil der ausgehenden Wärmestrahlung blockiert. Was bedeutet das? Ist die ausgehende Strahlung dann die der kälteren oberen Atmosphäre? Wird dadurch die Wärmestrahlung reduziert? Oder ist die Wärmestrahlung im Mittel gleich , aber mit geringerer Intensität? Diese letzte Erklärung scheint das 2. Gesetz zu verletzen. Wenn wir die Platte über der Nachtseite der Erde betrachten und die andere Seite der Platte perfekt vom Rest des Weltraums isoliert ist ... dann muss sie das Gleichgewicht erreichen der Erde (sei es die Oberfläche oder die obere Atmosphäre , beides ist möglich). Oder habe ich das Gesetz falsch ausgelegt? Dies ist ein häufiger Widerspruch, auf den ich stoße, wenn ich über Strahlungswärmeübertragung nachdenke, und jede korrekte Lösung dieses Problems sollte ihn aufklären.
Das Konzept des Emissionsgrades Für mich ergibt das Sinn. Aber das ist nur erlaubt, weil die Oberfläche auch proportional mehr Licht reflektiert. Ein benachbartes Objekt absorbiert also weniger Licht von ihm, aber es absorbiert dann mehr von seiner eigenen Reflexion, was wieder zu einem thermischen Gleichgewicht führt, wobei die beiden Objekte gleich sind . Aber dieser Ansatz funktioniert nicht für die Erde. Soweit es einen Satelliten betrifft, ist jegliche Strahlung, die er aussendet, weg, weil die Erde sehr, sehr groß ist. Würde die Isolierung durch den Treibhauseffekt dann nur zu einer stärkeren Kopplung zwischen dem Satelliten und dem Vakuum des Weltraums führen? Sie können sich vorstellen, a der Erde und einer Temperatur des Weltraums, wobei das Objekt dazwischen fällt. Ist die richtige Schlussfolgerung dann, dass die Temperatur des Objekts dann näher an der Temperatur des Weltraums liegt?
Die Erde empfängt eine bestimmte Menge an Strahlung von der Sonne und erzeugt auch eine bestimmte Menge an Wärme durch Radioaktivität im Kern. Diese Energiemenge muss er abstrahlen, da er sich sonst solange aufheizen würde, bis die Wärmeabgabe der Energiezufuhr entspricht. Es ist dieser Wärmefluss, den Sie verwenden würden, um zu berechnen, wie stark Ihre Platte von der Erde erwärmt wurde. Die Summen scheinen einfach genug und ich bin sicher, dass Google in der Lage wäre, die von der Sonne empfangenen und intern erzeugten Wärmewerte abzurufen.
Anhand des Wärmeflusses von der Erde können Sie mithilfe des Stefan-Boltzmann-Gesetzes eine Temperatur berechnen. Diese Temperatur würde nicht der Temperatur der Erdoberfläche entsprechen, aber warum sollte sie dann? Wie Sie sagen, befindet sich zwischen Oberfläche und Raum eine Isoliergasschicht. Die Stefan-Boltzmann-Temperatur wäre eine Art Mittelwert für die verschiedenen Teile der Erde, von denen Strahlung empfangen wird. CO erhöhen oder andere Treibhausgase würden die Temperaturprofile zwischen Erdoberfläche und Weltraum verändern, nicht aber die insgesamt abgegebene Energiemenge.
Sie können einen Emissionsgrad für die Erde definieren, aber ich bin mir nicht sicher, wie hilfreich das ist. Wenn Sie die Temperatur an der Oberfläche mit der Temperatur von Stefan Boltzmann vergleichen, erhalten Sie einen Emissionsgrad von weniger als eins, aber das ist kein besonders nützlicher Vergleich.
Ich werde versuchen, die grundlegenden Berechnungen so einfach wie möglich durchzuführen. Sie können die ausgehende Strahlungsintensität von der Erde finden:
http://en.wikipedia.org/wiki/File:AIRS_OLR.png
Es scheint in der Größenordnung von zu liegen , obwohl es sich dramatisch ändert, je nachdem, von welchem spezifischen Punkt Sie sprechen.
Das Argument, dass die Albedo der Erde funktional Null ist, scheint ziemlich stark zu sein. Es würde aber nur eine Rolle spielen, wenn das Objekt eine ähnliche Größe wie die Erde hätte. Um die Berechnungen durchzuführen, beginnen Sie mit dem Stephen-Boltzman-Gesetz:
Die Platte hat also zwei Seiten . Natürlich, . Sobald wir den Wärmeeintrag durch die ausgehende langwellige Strahlung der Erde berücksichtigt haben, brauchen wir keine andere Wärmequelle mehr in Betracht zu ziehen, und die gesamte Strahlung, die das Objekt aussendet, geht verloren. Die andere Temperatur, mit der es sich austauscht, ist also die des Raumes selbst. Wir nennen das nahe genug an Null, um die obige Gleichung zu vervollständigen.
Damit erhalte ich , die ähnlich ist wie die Abbildung, die ich an anderen Orten gehört habe.
QMechaniker