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Die Sonne strahlt Energie in alle Richtungen aus. Das meiste davon zerstreut sich in den Weltraum, aber der winzige Teil der Sonnenenergie, der die Erde erreicht, reicht aus, um den Planeten zu erwärmen und das globale Wettersystem durch Erwärmung der Atmosphäre und der Ozeane voranzutreiben. Das empfindliche Gleichgewicht zwischen der Wärmemenge, die die Erde von der Sonne empfängt, und der Wärme, die die Erde zurück in den Weltraum strahlt, ermöglicht es dem Planeten, das Leben zu erhalten.
Sonnenstrahlung
Sonnenstrahlung entsteht durch Kernfusionsreaktionen im Sonnenkern, wodurch eine große Menge elektromagnetischer Strahlung, meistens in Form von sichtbarem Licht, emittiert wird. Diese Strahlung ist die Energie, die die Erde erwärmt. Die Sonnenoberfläche strahlt pro Quadratmeter rund 63 Millionen Watt Energie aus. Bis die Energie nach 150 Millionen Kilometern oder 93 Millionen Meilen die Erde erreicht, hat sie sich auf 1.370 Watt pro Quadratmeter an der Spitze der Atmosphäre, die direkt der Sonne zugewandt ist, verringert.
Energieübertragung
Elektromagnetische Strahlung, einschließlich sichtbares Licht, Infrarotstrahlung, ultraviolettes Licht und Röntgenstrahlung, kann sich durch das Vakuum des Weltraums bewegen. Andere Energieformen erfordern ein physisches Medium, um sich zu bewegen. Beispielsweise benötigt Schallenergie Luft oder eine andere zu übertragende Substanz, und die Wellenenergie der Ozeane benötigt Wasser. Solarenergie kann jedoch von der Sonne zur Erde wandern, ohne dass eine physikalische Substanz benötigt wird, um die Energie zu übertragen.Dieses Merkmal der elektromagnetischen Energie ermöglicht es der Erde, Sonnenenergie, einschließlich Wärme, aufzunehmen.
Die Erde heizen
Ein Teil der Sonnenenergie, die auf der Erde ankommt, prallt von der Atmosphäre und den Wolken in den Weltraum zurück. Die Erdoberfläche empfängt etwa die Hälfte der einfallenden Sonnenstrahlung. Die Sonnenenergie besteht aus Wärme und sichtbarem Licht sowie ultravioletten Strahlen, der Art von Energie, die Sonnenbrand verursacht. Die Energie wird von der Materie absorbiert, einschließlich Luft, Wasser, Felsen, Gebäuden, Gehwegen und Lebewesen, und die Materie wird dadurch erwärmt. Die Erde erwärmt sich nicht gleichmäßig, hauptsächlich weil einige Gebiete mehr Sonnenstrahlung als andere empfangen. Die Unterschiede in der Energie treiben die Winde und Meeresströmungen auf dem gesamten Planeten an.
Wiederbestrahlung
Wenn die Erde ständig Sonnenenergie erhalten würde, ohne dabei Energie zu verlieren, würde sie immer heißer werden. Die Erde strahlt Wärme zurück in den Weltraum und verhindert so eine Überhitzung des Planeten. Die Menge der abgestrahlten Wärme ist abhängig von der Art der Gase in der Atmosphäre. Einige Gase absorbieren Wärme wirksamer als andere und stören die Rückstrahlung. Eines dieser Gase ist Kohlendioxid. Mit zunehmender Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre ändert sich das Wärmebudget der Erde, wobei mehr Energie in der Atmosphäre gespeichert wird und weniger Wärme in den Weltraum zurückstrahlt. Dieses Phänomen wird als Treibhauseffekt bezeichnet.