Bei kühlen (aber über dem Gefrierpunkt) Temperaturen in einer klaren Nacht können Sie aufgrund der Strahlungskühlung Wasser draußen gefrieren.
Durch welchen Mechanismus geben warme Körper auf der Erde tatsächlich Wärme an den Weltraum ab?
Aus dem Stefan-Boltzmann-Gesetz weiß ich, dass ein heißer Körper Wärmeenergie proportional zur 4. Potenz der Körpertemperatur minus der 4. Potenz der Umgebungstemperatur verliert.
Natürlich ist dies keine vollständige Beschreibung dessen, was vor sich geht, da die Temperatur unmittelbar um ein heißes Feuer herum ebenfalls ziemlich heiß ist, aber Sie (weit entfernt stehend) können immer noch die Strahlung spüren.
Mir ist auch nicht klar, wie sich der Temperaturunterschied zwischen einem Körper und einem Raum, der Hunderte von Kilometern entfernt ist, auf die Echtzeit-Strahlungsrate dieses Körpers auswirken kann.
Körper strahlen aufgrund ihrer eigenen Temperatur und Eigenschaften. Das Wasser in Ihrem Beispiel strahlt immer Energie aus. Egal, ob die Nacht klar oder bewölkt ist, sie strahlt Energie ab.
Aber die Temperaturänderung basiert auf dem gesamten Energiefluss: Das Wasser wird kälter, wenn die Energie, die es abstrahlt, größer ist als die Energie, die auf es gerichtet wird.
In einer bewölkten Nacht strahlen diese Wolken auch Energie aus, von der ein Teil auf Ihr Wasser trifft: Diese sind in grobem Gleichgewicht, und es findet nicht viel Kühlung statt.
In einer klaren, trockenen Nacht ist das einzige, was auf das Wasser zurückstrahlt, der tiefe Weltraum, und er liefert nicht viel Energie; die vom Wasser abgestrahlte Energie wird durch keinen Zufluss ausgeglichen und das Wasser kühlt ab.
An einem sonnigen Tag kommt mehr Strahlungsenergie herein als Blätter, und das Wasser kann sich erwärmen.
Die Temperatur ist ein Maß dafür, wie viel Energie Photonen haben , und die Temperatur spiegelt die Energie des auf den Detektor einfallenden Photons wider. Die Gesamtbestrahlungsstärke oder EM-Leistung, die auf einen Bereich einfällt Ist aus dem Rayleigh-Jeans-Gesetz. Hier ist die Stefan-Boltzmann-Konstante und der Emissionsgrad des Körpers. Für den Nachthimmel und die Temperatur ist , etwas höher als die des CMB wegen Sternen und so. Die Temperatur hängt also von der Energie der Photonen und ihrem Fluss ab. Auch wenn der Nachthimmel weit entfernt ist, was zählt, ist die Energie und der Fluss der Photonen, die von ihm einfallen. Das ist ziemlich schwach und daher ist der Nachthimmel kalt. Die Erde strahlt dann viel mehr in den Nachthimmel, als sie von ihm empfängt.
Jon Kuster