Wie berechnet man die lokale maximale Sonneneinstrahlung auf dem Mars von Tag zu Tag während eines vollen Marsjahres?

Ich würde gerne wissen, wo auf dem Mars je nach Jahreszeit die niedrigsten Tagestemperaturen herrschen.
Auf den ersten Blick könnte man wie ich denken, dass es an seinem Äquator liegen muss, aber da die Intensität der Sonneneinstrahlung zwischen 492 W/m² am Aphel und 715 W/m² am Perihel und am Aphel im Nordsommer schwankt, die nördlichen Breiten bei etwa 20⁰ werden wahrscheinlich die am wenigsten niedrigsten Tagestemperaturen haben.

Aber um die lokalen Temperaturen zu kennen, die je nach Breitengrad und Jahreszeit variieren, benötigt man als erstes die täglich einfallende globale Sonnenstrahlung.
Natürlich gibt es auch andere Faktoren, die die Oberflächentemperatur bestimmen, wie die lokale Albedo und die Atmosphäre, aber diese Berechnung wird der erste und wichtigste Schritt sein.

Frage:
Wie wird die lokale maximale Sonneneinstrahlung von Tag zu Tag während des gesamten Marsjahres berechnet?

Antworten (2)

Die Sonneneinstrahlung kann berechnet werden, wenn man die Entfernung von der Sonne, den subsolaren Breitengrad und den Breitengrad des interessierenden Ortes kennt. Wenn man diese drei Werte kennt, würde die Berechnung wie folgt aussehen:

ICH S Ö l A R ≈= 717   W/m 2 ( 1.38138027 AU R ) 2 cos ⁡ ( l A T − l A T S S )

Wo l A T S S ist der subsolare Breitengrad.

Der Begriff ( 1.38138027 AU / R ) 2 korrigiert die Entfernung und der Kosinusterm korrigiert den Zenitwinkel der Sonne; das heißt, wie nah die Sonne vom Beobachtungsort am Zenit vorbeigeht.

Die Werte können auf der Website von JPL Horizons mit Ausgangsgrößen von 15 (subsolarer Breitengrad) und 19 (Entfernung von der Sonne) abgerufen werden.

Sorry für die Verwirrung und das Löschen früherer Kommentare. Ihre Antwort ist nicht falsch, denke ich, aber ich bitte um eine zeitabhängige Gleichung (Strahlungsintensität von Tag zu Tag, abhängig von der Entfernung von der Sonne).
@Cornelisinspace. Ja, Schritt 1 besteht darin, die Position des Mars aus den Orbitalparametern zu berechnen. Willst du das tun? Oder verwenden Sie eine Website, um repräsentative Nummern zu erhalten? (Schritt 1 ist eine ganze Frage und Antwort für sich.) Schritt 2 besteht darin, den subsolaren Punkt oder die "Deklination" der Sonne vom Mars aus zu berechnen. Das ist eine weitere Reihe von Gleichungen. Dann ist Schritt 3, was ich zur Verfügung stelle. Es kann eine einfache Reihe von Gleichungen geben, die beide annähern, mit nur 1 oder 2 Dutzend Termen darin. Ich werde sehen, was ich finden kann.
Das pdf mit dem Titel „Accurate analytic presentations of solar time and seasons on Mars with applications to the Pathfinder/Surveyor missions“ unter agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdfdirect/10.1029/97GL01950 gibt die Gleichung für die Entfernung r (in my Gleichung, rm im PDF) und subsolaren Punkt (Deklination im PDF) und benötigt nur 5 Gleichungen und 29 Terme. Nicht schlecht! Plus die Berechnung des Datums ab J2000, also mehr Gleichungen und Terme.
Ja, ich denke, es ist eine Menge Arbeit, und für mich lohnt es sich, Prämien zu geben, nachdem Sie Schritt 1 erledigt haben!
Vielen Dank, dass Sie geantwortet und mich zu dieser großartigen JPL Horizons-Website geführt haben! Also habe ich einige Zahlen in Ihrer Gleichung angepasst.
+1Ich habe die Formatierung von MathJax angepasst , können Sie überprüfen, ob sie in Ordnung ist? Mich interessiert nur, woher die Zahlenwerte von 717 W/m^2 und 1,381 AE kommen. Wenn wir die Solarkonstante von 1362 W/m^2 und 1 AE verwenden, ergibt sich dieselbe Antwort, also gibt es natürlich kein Problem damit. Danke!
@uhoh Die Zahlenwerte sind für den Moment, in dem sich Mars im Perihel befindet. Wenn Sie die JPL Horizons-Website mit den Ausgangsgrößen 15 und 19 verwenden, können Sie feststellen, dass am 22. Juni 2022 der Abstand vom Mars zur Sonne 1,3813 AE beträgt und die 717 W/m² auf der Objektdatenseite stehen.

Dies ist eine Ergänzung zur akzeptierten Antwort von @JohnHoltz, um ein Beispiel für die maximale Sonneneinstrahlung im Jezero-Krater (18,38⁰N) während eines vollen Marsjahres zu zeigen.

18.02.2021 (geplantes Landedatum Perseverance): r = 1,57021553, lat.= 2,243093 ------------------------------ -->................................................ .......717 x 0,773941 x cos(18,38 - 2,243093)⁰ = 533 W/m².
19. Mai 2021 (die Sonne steht im Zenit des Kraters Jezero): r = 1,65106961, lat. = 18.341973 --------------------> .. .................... ......................717 x 0,836657 x cos(18,38 - 18,341973)⁰ = 502 W/m².
13. Juli 2021 (Mars steht am Aphel): r = 1,66595504, lat. = 24.008276 ------------------------------------------------ ---> .................................................. ......717 x 0,687543 x cos(18,38 - 24,008276)⁰ = 475 W/m².
25. August 2021(nördliche Sommersonnenwende): r = 1,65683720, lat. = 25.456249 ---------------------------------> ..... ................................................717 x 0,695131 x cos(18,38 - 25,456249)⁰ = 495 W/m².
26. Nov. 2021 (die Sonne steht wieder im Zenit): r = 1,58079433, lat. = 18.433113 ----------------------------> .......... .........................................717 x 0,763617 x cos(18,38 - 18,433113)⁰ = 547 W/m². 24. Feb. 2022 (Herbst-Tagundnachtgleiche): r = 1,46695298, lat. = 0,143556 ------------------------------------------------ ---------------> .................................... ...................717 x 0,886735 x cos(18,38 - 0,143556)⁰ = 604 W/m².
22. Juni 2022(Mars steht im Perihel): r = 1,38130590, lat. = -24,056784 ------------------------------------------------ > ................................................ ..717 x 1,000108 x cos(18,38 + 24,056784)⁰ = 529 W/m².
21. Juli 2022 (Wintersonnenwende): r = 1,38752975, lat. = -25,456143 ------------------------------------------------ ---------->...................................... .............717 x 0,991156 x cos(18,38 + 25,456143)⁰ = 513 W/m².
26. Dez. 2022 (Frühlings-Tagundnachtgleiche): r = 1,55688141, lat. = -0,093208 ------------------------------------------------ ---------->...................................... ...............717 x 0,787255 x cos(18,38 + 0,093208)⁰ = 535 W/m².

Also nur basierend auf diesen Ergebnissen, obwohl der Jezero-Krater weit nördlich des Äquators liegt, wäre die Winterzeit dort wärmer als die Sommerzeit!

Zum Vergleich einige Ergebnisse über ein Jahr für den Gale-Krater (5,4⁰S).

13. Juli 2021 (Mars steht im Aphel): .................. 429 W/m².
25. August 2021 (nördliche Sommersonnenwende):. 428 W/m².
24.02.2022 (nördliches Herbstäquinoktium): ........... 633 W/m².
22. Juni 2022 (Mars steht im Perihel): ........... 679 W/m².
21. Juli 2022 (nördliche Wintersonnenwende):....... 667 W/m².
26.12.2022 (nördliche Frühlings-Tagundnachtgleiche): ..... 562 W/m².

1. Dez. 2012 (Sol 115 für Neugier (4,6⁰ S)):. 685 W/m². 1

Und hier sind die Ergebnisse für den McLaughlin-Krater (21,9⁰N) , der einst als möglicher Landeplatz galt.

13. Juli 2021 (Mars steht im Aphel): .................. 493 W/m².
25.08.2021 (Sommersonnenwende):................ 497 W/m².
24.02.2022 (Herbsttagundnachtgleiche): ......................... 590 W/m².
22. Juni 2022 (Mars steht im Perihel): ........... 498 W/m².
21. Juli 2022 (Wintersonnenwende): ...................... 481 W/m².
26. Dez. 2022 (Frühlings-Tagundnachtgleiche): .................. 523 W/m².

Krater bei 47,32⁰S, 85,74⁰E, zwischen den blauen Flecken in Hellas Planitia.

21. Juli 2022 (südliche Sommersonnenwende): .... 659 W/m².
21. Juli 2022 (+ 10⁰ )................................. .. 695 W/m².

Krater bei 48.07⁰S, 82.02⁰E, grün in Hellas Planitia.

21. Juli 2022 (südliche Sommersonnenwende):..... 656 W/m².
21.07.2022 (+ 11⁰ ) .................................................. 696 W/m².
22. Juni 2022 (Mars steht im Perihel): ............ 655 W/m².
22. Juni 2022 (+ 11⁰ )................................ 698 W/m².

Wie berechnet man die lokale maximale Sonneneinstrahlung auf dem Mars von Tag zu Tag während eines vollen Marsjahres?
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