Sonnenintensität vs. Winkel

Die Sonnenintensität bezieht sich auf die Menge der einfallenden Sonnenenergie oder Strahlung, die die Erdoberfläche erreicht. Der Winkel, in dem die Sonnenstrahlen auf die Erde treffen, bestimmt diese Intensität. Der Winkel der Sonne – und damit die Intensität – variiert erheblich in Abhängigkeit von der geografischen Lage eines bestimmten Ortes, der Jahreszeit und der Tageszeit.

Der Winkel, den die Sonnenstrahlen bilden, die auf die Erde treffen, wird technisch als Einfallswinkel bezeichnet. Strahlen, die direkt von oben auf die Oberfläche des Planeten treffen – das heißt in einem 90-Grad-Winkel gemessen vom Horizont – sind am intensivsten. Zu den meisten Zeiten und an den meisten Orten bildet die Sonne mit dem Horizont einen Winkel von weniger als 90 Grad – das heißt, die Sonne steht normalerweise tiefer am Himmel.

Je kleiner der Winkel, desto größer die Fläche, über die sich die Sonnenstrahlen ausbreiten. Dieser Effekt reduziert die Intensität der Sonne an einer beliebigen Stelle. Bei einem Einfallswinkel von 45 Grad deckt die Sonnenstrahlung beispielsweise eine 40 Prozent größere Fläche ab und ist 30 Prozent weniger intensiv als bei einem maximalen Einfallswinkel von 90 Grad.

Nur Orte, die auf einem Breitengrad auf der Erdoberfläche liegen, können an einem bestimmten Tag Sonnenlicht im 90-Grad-Winkel empfangen. Alle anderen Orte erhalten Sonnenlicht mit geringerer Intensität. Im Allgemeinen sind die Sonnenstrahlen am Äquator am intensivsten und an den Polen am wenigsten intensiv. Im Jahresdurchschnitt erhalten Gebiete nördlich des Polarkreises nur etwa 40 Prozent so viel Sonneneinstrahlung wie äquatoriale Regionen.

Schwankungen in der Intensität und Dauer der Sonnenenergie in einem bestimmten Gebiet bestimmen die Jahreszeiten dieses Gebiets. Diese Schwankungen werden durch die Neigung der Erde um ihre Achse bestimmt. In Bezug auf die Rotationsebene um die Sonne ist die Erde in einem Winkel von 23,5 Grad geneigt, was bedeutet, dass bei An bestimmten Punkten während ihrer Umlaufbahn ist die Nordhalbkugel der Sonne stärker zugewandt als die Südhalbkugel und umgekehrt umgekehrt. Zur Sommersonnenwende zum Beispiel ist die nördliche Hemisphäre der Sonne mit maximaler Neigung zugewandt, sodass die Sonnenstrahlen 23,5 Grad nördlicher Breite – dem Wendekreis des Krebses – in einem Winkel von 90 Grad treffen.

Die weiter zur Sonne geneigte Hemisphäre erhält einen größeren Anteil der Sonnenstrahlung als die gegenüberliegende Hemisphäre. Die erstere Hemisphäre erlebt zu dieser Zeit den Sommer, während die letztere den Winter erlebt. Auf der Sommerhalbkugel steht die Sonne höher am Himmel und ist intensiver; seine Strahlen treffen in einem höheren Winkel auf den Boden als auf der Winterhalbkugel. Dies erklärt, warum das Sonnenbrandrisiko im Sommer am größten ist. Es erklärt auch, warum die Temperaturen im Sommer am wärmsten sind, da die Sonne Wärmeenergie liefert.

Unabhängig von Breitengrad oder Jahreszeit erreicht der Winkel der Sonne am nächsten bei 90 Grad – und ist daher am stärksten – zur Tagesmitte: Mittag. Zu diesem Zeitpunkt soll die Sonne ihren Zenit oder höchsten Punkt erreicht haben. Während der Sommerzeit steht die Sonne um 13 Uhr am stärksten und am intensivsten, aufgrund des künstlichen einstündigen Versatzes von der wahren Sonnenzeit.