Verlieren Photonen Energie, wenn sie durch den Weltraum reisen? Oder warum sind Planeten näher an der Sonne wärmer?

Mein Gedankengang war folgender:

Die Erde, die die Sonne umkreist, ist ihr manchmal 5 Millionen Kilometer näher als andere, aber das ist für die Jahreszeiten fast irrelevant.

Stattdessen ist der Temperaturunterschied zwischen den Jahreszeiten auf den Angriffswinkel der Strahlen zurückzuführen,also im Grunde die Menge an Atmosphäre, die sie durchqueren müssen.

Eigentlich macht es Sinn, Wärme kommt von den Photonen, die mit der Erdoberfläche (und ein bisschen mit der Atmosphäre) kollidieren und reflektiert werden, und es gibt nichts zwischen der Erde und der Sonne, wodurch ein Photon Energie über 5 verlieren würde Millionen km Reise im Vakuum. Oder ist es? (Beachten Sie, dass ich mich nicht über den möglichen Energieverlust im Zusammenhang mit der Rotverschiebung des expandierenden Universums wundere.)

Was mich wunderte…

Warum sind dann die Planeten näher an der Sonne wärmer? Es scheint albern, je näher Sie an einer Wärmequelle sind, desto wärmer fühlt es sich an, aber das liegt an der Verteilung der Wärme im Medium, richtig? Wenn es kein Medium gibt, was zerstreut die Energie?

Nein nein Nein! Die Menge an Atmosphäre hat wenig mit dem Temperaturunterschied zwischen den Jahreszeiten zu tun. Siehe Michael Browns Antwort.

Antworten (2)

Der Grund dafür, dass dich die Nähe zu einer Wärmequelle wärmer macht, ist das Gesetz des umgekehrten Quadrats . Stellen Sie sich das so vor: Wenn Sie a 1   m 2 Material, das der Sonne zugewandt ist und sich auf der Merkurbahn befindet, wird es ziemlich heiß sein. Wie sieht der Schatten dieses Quadrats auf der Erdumlaufbahn aus (ca 2.5 mal weiter weg als Merkur)? Nun, das wird es 2.5 mal größer in beide Richtungen, etwa abdeckend 6   m 2 . So kann an beiden die gleiche Menge an Leistung abgegeben werden 1   m 2 auf Merkur oder zu 6   m 2 auf der Erde. Jeder Quadratmeter der Erde kommt herum 6 mal weniger Sonnenenergie als jeder Quadratmeter auf dem Merkur. Das Licht verliert keine Energie an das umgebende Medium, selbst wenn das Medium vorhanden ist.

Dies ist kein Thema, aber verliert Licht nicht mehr oder weniger in Medien wie Luft, Wasser, Glas exponentiell mit der zurückgelegten Entfernung (Beer-Lambert-Gesetz) an Intensität (Photonen werden absorbiert und gestreut)? In diesem Fall müssten Sie das zusammen mit dem Abstandsquadratgesetz berücksichtigen, oder?
@Thomas Nun ja, bestimmte Wellenlängen nehmen in jedem Medium ab. Gleichzeitig werden andere eher ungehindert durchkommen.

Mehrere Punkte, die angesprochen werden müssen:

  • Die Jahreszeiten sind auf die Neigung der Erde zurückzuführen, aber nicht auf die Atmosphäre. Wenn das Sonnenlicht in einem niedrigen Winkel über den Boden streift, wird die gleiche Wärmemenge über eine größere Fläche verteilt als wenn die Sonne direkt über dem Kopf steht, sodass die Temperatur sinkt. Die Atmosphäre hat einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Absorption von Strahlung (auf dem Weg nach unten).

  • Das Sonnensystem ist mit Staubwolken und Sonnenwind geringer Dichte gefüllt, aber dies trägt nur sehr wenig zur Streuung des Lichts bei. Wenn Sie in einer sehr klaren Nacht ohne Lichtverschmutzung auf die Ekliptik schauen, können Sie nur ein schwaches Leuchten sehen, das Zodiakallicht genannt wird, das Sonnenlicht ist, das von Staub in der Scheibe des Sonnensystems gestreut wird.

  • Photonen verlieren keine Energie, wenn sie sich durch das Vakuum ausbreiten (und eine vernachlässigbare Menge im interplanetaren Medium). Weiter von der Sonne entfernt wird es kälter, weil sich die Photonen im Quadrat der Entfernung von der Sonne ausbreiten. Stellen Sie sich eine Reihe von Kugeln mit zunehmendem Radius vor, deren Mittelpunkt die Sonne ist. Die gleiche Anzahl von Photonen durchdringt jede Kugel, aber die Fläche der Kugeln nimmt mit dem Quadrat des Radius zu. Die Anzahl der Photonen pro Flächeneinheit sinkt also mit dem Quadrat der Entfernung. Ebenso die Erwärmung eines Objekts, das Photonen absorbiert.

In größerem Maßstab führt die Expansion des Universums dazu, dass Photonen im Laufe der Zeit Energie verlieren. Deshalb beträgt der kosmische Hintergrund nur 2,7 K, bei der Emission waren es 3000 K.
Sehr wahr @MatthieuW, aber nur auf kosmologischer Ebene relevant. Die kosmologische Rotverschiebung hat im Sonnensystem keine Auswirkung.
Verlieren Photonen Energie, wenn sie durch den Weltraum reisen? Oder warum sind Planeten näher an der Sonne wärmer?
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