Reflexstrahlung


Reflexstrahlung
Dieser Artikel behandelt den physikalischen Begriff Albedo. Für Albedo als Gewebeschicht von Zitrusfrüchten siehe Mesokarp.
Mittlere Albedowerte im Sonnensystem [1]
Himmelskörper Geometrische
Albedo
Sphärische
Albedo
Merkur 0,106 0,119
Venus 0,65 0,75
Erde 0,367 0,306
Mars 0,15 0,25
Jupiter 0,52 0,343
Saturn 0,47 0,342
Uranus 0,51 0,3
Neptun 0,41 0,29
Pluto 0,6 0,5
Erdmond 0,12 0,11
Albedowerte verschiedener Oberflächen
Material Albedo
Frischer Schnee 0,80–0,90
Alter Schnee 0,45–0,90
Wolken 0,60–0,90
Wüste 0,30
Savanne 0,20–0,25
Felder (unbestellt) 0,26
Rasen 0,18–0,23
Wald 0,05–0,18
Asphalt 0,15
Wasserfläche
(Neigungswinkel > 45°)
0,05
Wasserfläche
(Neigungswinkel > 30°)
0,08
Wasserfläche
(Neigungswinkel > 20°)
0,12
Wasserfläche
(Neigungswinkel > 10°)
0,22
Halleyscher Komet 0,03[2]
Der Saturnmond Iapetus hat mit einer Albedo von 0,03 bis 0,5 den größten Helligkeitskontrast von allen Körpern im Sonnensystem

Die Albedo (lateinisch albedo = „Weißheit“; v. lat. albus = „weiß“) ist ein Maß für das Rückstrahlvermögen von diffus reflektierenden, also nicht selbst leuchtenden Oberflächen. Sie wird bestimmt durch den Quotienten aus reflektierter zu einfallender Lichtmenge.

Die Albedo ist vor allem in der Meteorologie von Bedeutung, wo sie Aussagen darüber ermöglicht, wie stark sich Luft über verschiedenen Oberflächen erwärmt. Die Eis-Albedo-Rückkopplung ist in der Klimatologie ein wesentlicher, den Strahlungsantrieb und damit die Strahlungsbilanz der Erde beeinflussender Faktor.

Die Albedo findet auch in der 3D-Computergrafik Anwendung, wo sie als Maß für die diffuse Streukraft verschiedener Materialien zur Simulation der Volumenstreuung dient. Auch in der Astronomie spielt die Albedo eine wichtige Rolle, da sie mit den grundlegenden Parametern von Himmelskörpern (z. B. der Oberflächentemperatur eines Planeten) zusammenhängt. Ferner hat die Albedo auch eine große Bedeutung für den Erhalt des Weltklimas.

Inhaltsverzeichnis

Albedoarten

Es werden verschiedene Arten der Albedo unterschieden:

  • Die sphärische Albedo (auch Bondsche Albedo genannt) ist das Verhältnis des von einer Kugeloberfläche in alle Richtungen reflektierten Lichts zu der auf den Kugelquerschnitt einfallenden Strahlung.
  • Die geometrische Albedo ist das Verhältnis des von einer vollen bestrahlten Fläche zum Beobachter gelangenden Strahlungsstrom zu dem, der von einer diffus reflektierenden, absolut weißen Scheibe (ein sogenannter lambertscher Strahler) gleicher Größe bei senkrechtem Lichteinfall zum Beobachter gelangen würde.
  • Die planetarische Albedo ist das Verhältnis der am oberen Rand der Atmosphäre auftretenden reflektierten kurzwelligen Strahlung zur dort im Mittel einfallenden Strahlung. Sie entspricht ca. 30–31 %. [3]

Das Verhältnis der Rückstrahlung zur Einstrahlung liegt zwischen 0 und 1. Je größer der Anteil der reflektierten Strahlung ist, desto heller ist die Oberfläche und um so höher ist die Albedo. Der Zusammenhang zwischen ihnen wird mathematisch durch das sogenannte Phasenintegral vermittelt, das die winkelabhängige Reflektivität jedes Flächenelements berücksichtigt[4]. Er ist gegeben durch

A=q \cdot p bzw. \frac{A}{p}=q.

In der Astronomie ermöglicht der Vergleich mit den Albedowerten irdischer Substanzen, Rückschlüsse auf die Beschaffenheit anderer planetarer Oberflächen zu ziehen. Gemäß der Definition der sphärischen Albedo ist die Voraussetzung von parallel einfallendem Licht wegen der großen Entfernungen der reflektierenden Himmelskörper von der Sonne als Lichtquelle sehr gut gegeben.

Einflüsse

Prozent des reflektierten Sonnenlichtes in Abhängigkeit von unterschiedlichen Erdoberflächenbeschaffenheiten

Die Oberflächenbeschaffenheit eines Himmelskörpers bestimmt seine Albedo. Die stets geschlossene Wolkendecke der Venus strahlt viel mehr Licht zurück als die basaltartigen Oberflächenteile des Mondes. Die Venus besitzt daher mit einer mittleren sphärischen Albedo von 0,76 ein sehr hohes, der Mond mit durchschnittlich 0,12 ein sehr geringes Rückstrahlvermögen. Die Erde hat eine mittlere sphärische Albedo von 0,39. Der höchste bisher gemessene Wert fällt mit 0,99 auf den Saturnmond Enceladus und der niedrigste Mittelwert wurde mit nur 0,03 am Kometen Borrelly festgestellt.

Glatte Oberflächen wie Wasser, Sand, Schnee haben einen relativ hohen Anteil spiegelnder Reflexion, ihre Albedo ist deshalb stark abhängig vom Einfallswinkel der Sonnenstrahlung (siehe Tabelle).

Die Albedo ist außerdem abhängig von der Wellenlänge des Lichts, das untersucht wird, weswegen bei der Angabe der Albedowerte immer der entsprechende Wellenlängenbereich angegeben werden sollte.

Messung

Die Messung der Albedo erfolgt über Albedometer und wird in Prozent angegeben. In der Astronomie können aufgrund der großen Entfernungen keine Albedometer eingesetzt werden. Die geometrische Albedo kann hier aber aus der scheinbaren Helligkeit und dem Radius des Himmelskörpers und den Entfernungen zwischen Erde, Objekt und Sonne berechnet werden. Um die sphärische Albedo zu bestimmen, muss auch das Phasenintegral (und somit die Phasenfunktion) bekannt sein. Diese ist allerdings nur für diejenigen Himmelskörper vollständig bekannt, die sich innerhalb der Erdbahn bewegen (Merkur, Venus). Für die oberen Planeten kann die Phasenfunktion nur teilweise bestimmt werden, wodurch auch die Werte für ihre sphärische Albedo nicht exakt bekannt sind.

Literatur

  • Joachim Gürtler und Johannes Dorschner: Das Sonnensystem, Barth, 1993, ISBN 3-335-00281-4

Referenzen

  1. NASA: Lunar and Planetary Science; siehe Fact Sheets
  2. Der Halleysche Komet
  3. P. Hupfer, W. Kuttler (Hrsg) (2006): Witterung und Klima.
  4. Phase Integral - from Eric Weisstein's World of Physics

Weblinks


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