Sonnenstrahlung

Syn. Solarstrahlung, solare Strahlung, engl. solar radiation, fr. rayonnement solaire; die von der Photosphäre der Sonne emittierte elektromagnetische Strahlung, die nach dem Plancksches Strahlungsgesetz der Strahlung eines Schwarzen Körpers der Temperatur 5800 K entspricht. Die Photosphäre ist eine 300 bis 400 km dicke Schicht, die als Oberfläche der Sonne gilt.

Der mittlere Energiefluss der Sonnenstrahlung an der Obergrenze der Atmosphäre (extraterrestrische Sonnenstrahlung) wird als Solarkonstante bezeichnet. Das Maximum der spektralen Energieverteilung tritt im sichtbaren Bereich nach dem Wienschen Verschiebungsgesetz bei 0,48 µm auf. Das solare Strahlungsspektrum wird in drei Bereiche eingeteilt: ultravioletter Bereich 0,1-0,4 µm, sichtbarer Bereich 0,4-0,75 µm, nahes und mittleres Infrarot 0,75-30 µm.
99 % der Energieabstrahlung erfolgt im Wellenlängenbereich 0,23-5 µm. An der Obergrenze der Atmosphäre sind davon 9 % UV-Strahlung, 45 % sichtbares Licht und 46 % Infrarotstrahlung.

Beim Durchgang durch die Atmosphäre wird die Sonnenstrahlung insgesamt abgeschwächt (Extinktion), in einigen Wellenlängenbereichen erfolgt sogar eine fast gänzliche Auslöschung der Strahlung durch die atmosphärischen Gase und Spurenstoffe. Dies gilt u.a. für Wellenlängen < 0,29 mm, die in der zwischen 20-50 km auftretenden Ozonschicht weitestgehend absorbiert werden. Dadurch wird das Leben auf der Erde vor der gefährlichen UV-Strahlung geschützt. Besonders im Infrarotbereich wird die Sonnenstrahlung von Wasserdampf- und Kohlendioxidmolekülen absorbiert, während das gesamte Spektrum durch die Dunstabsorption erheblich abgeschwächt wird.

Weitere Schwächungen erfolgen durch die Streuung an Stickstoff- und Sauerstoffmolekülen, Dunstpartikeln und Wolken. Daraus ergibt sich die sog. diffuse Himmelsstrahlung. Neben dieser diffusen Himmelsstrahlung erreicht ein Teil der Strahlung ohne Änderung der Frequenz (Transmission) die Erdoberfläche direkt (direkte Strahlung). Zusammen bilden sie die Globalstrahlung als Bezeichnung für die zweikomponentige Bestrahlung der Erdoberfläche.

Reflektierte Einstrahlung sowie von der Erdoberfläche nach Absorption der Einstrahlung im Infrarot emittierte Wärmestrahlung sind die Quellen der in der Fernerkundung auszuwertenden elektromagnetischen Strahlung.

(Satelliten-)Sensoren können reflektiertes Sonnenlicht (= elektromagnetische Strahlung) von Objekten empfangen. Dabei registriert der Sensor eine Summe verschiedener Strahlungen. Trifft die Globalstrahlung auf ein Objekt auf der Erde, wird sie von diesem absorbiert, gestreut oder reflektiert. Bei der Absorption und Streuung wird die Strahlung zudem in Energie (z.B. Wärmeemissionen) umgewandelt. Auch auf dem Weg zum Sensor wird die reflektierte Strahlung erneut gestreut, absorbiert und reflektiert. Den Satellitensensor erreicht also nur ein reduzierter Anteil der ursprünglichen Strahlung. Dabei stellt die Reflektion und Absorption an Wolken ein großes Problem für die Fernerkundung dar. Denn nur bei wolkenfreiem Himmel können Objekte, die sich auf der Erdoberfläche befinden, in Satellitenaufnahmen abgebildet werden.

Sensoren, die die elektromagnetische Strahlung empfangen, werden auch als passive Systeme bezeichnet. Zu ihnen zählen die Satelliten der Sentinel-2 Mission der ESA. Die Landsat Satelliten der NASA, an die Sentinel-2 angelehnt ist, nehmen zudem noch die emittierte Wärmestrahlung (Thermalstrahlung) mit auf.