Emission der Erdoberfläche und Atmosphäre

Jeder Körper mit einer Temperatur T > 0K emittiert Strahlung sämtlicher Wellenlängen. Somit ist auch klar, dass ein Schwarzer Körper nie in Realität existieren kann. Um die komplette Strahlung zu absorbieren, müsste er eine Temperatur von 0K haben. Dies ist jedoch nach dem naturwissenschaftlichen Grundsatz unmöglich. Da kein reales Objekt mehr Strahlung absorbieren bzw. emittieren kann, dient der Schwarze Körper als eine gute Referenzquelle. Sein Spektrum hängt zudem von keinen anderen Parametern, wie Temperatur, Material, o.ä. ab. Intensität und Frequenzverteilung werden durch das Plancksche Strahlungsgesetz beschrieben:

h... Plancksches Wirkungsquantum (h = 6,626 · 10-34Js)

c... Lichtgeschwindigkeit

k... Stefan Bolzmann Konstante (k = 1,381 · 10-23J/K)

Mit steigender Temperatur verschiebt sich das Intensitätsmaximum in Richtung höherer Frequenzen bzw. niedrigerer Wellenlängen. Dies ist das Wiensche Verschiebungsgesetz:

Graphische Darstellung:

In der Graphik wird die Strahlungsintensität (logarithmisch) über der Wellenlänge für Körper verschiedener Temperaturen dargestellt. Die Verschiebungen der Maxima stellen das Wiensche Gesetz dar. Kennt man also die Temperatur eines Objekts, so kann man einen Höchstwert seiner emittierten Strahlung angeben.

Für die in unserer Atmosphäre am häufigsten vorkommenden Temperaturen sieht die Kurvenschar folgendermaßen aus:

Oft interessiert jedoch nicht nur die monochromatische Intensität, sondern ein breiteres Spektrum. Dazu integriert man das Plancksche Strahlungsgesetz über den gesamten Halbraum und einen bestimmten Wellenlängenbereich. Daraus folgt das Stefan-Boltzmann Gesetz, welches die emittierte Strahlungsleistung P einer Fläche der Größe A angibt:

mit der Stefan-Boltzmann-Konstante:

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