Albedo

Die Albedo (lateinisch albedo „Weiße“; v. lat. albus „weiß“) ist ein Maß für das Rückstrahlvermögen (Reflexionsstrahlung) von diffus reflektierenden, also nicht selbst leuchtenden Oberflächen. Sie wird als dimensionslose Zahl angegeben und entspricht dem Verhältnis von rückgestrahltem zu einfallendem Licht (eine Albedo von 0,9 entspricht 90 % Rückstrahlung). Vor allem in der Meteorologie ist sie von Bedeutung, da sie Aussagen darüber ermöglicht, wie stark sich Luft über verschiedenen Oberflächen erwärmt.

In der Klimatologie ist die so genannte Eis-Albedo-Rückkopplung ein wesentlicher, den Strahlungsantrieb und damit die Strahlungsbilanz der Erde beeinflussender Faktor, der relevant für den Erhalt des Weltklimas ist. Das Nicht-Zusammenfallen von Sommersonnenwende (Zeitpunkt maximaler Sonneneinstrahlung) und Zeitpunkt von mittleren Jahreshöchsttemperatur an den meisten Orten der Welt deutet für manche Wissenschaftler darauf hin, dass auch die Vegetation merklichen Einfluss auf jährliche Strahlungsbilanz der Erde nimmt.

In der 3D-Computergrafik findet die Albedo ebenfalls Verwendung; dort dient sie als Maß für die diffuse Streukraft verschiedener Materialien für Simulationen der Volumenstreuung.

In der Astronomie spielt die Albedo eine wichtige Rolle, da sie mit den grundlegenden Parametern von Himmelskörpern (z. B. der Oberflächentemperatur eines Planeten) zusammenhängt.

Albedoarten

Es werden verschiedene Arten der Albedo unterschieden:

• Die sphärische Albedo (auch planetarische Albedo und Bondsche Albedo genannt) ist das Verhältnis des von einer Kugeloberfläche in alle Richtungen reflektierten Lichts zu der auf den Kugelquerschnitt einfallenden Strahlung. Bei der planetarischen Albedo gilt als Oberfläche der obere Rand der Atmosphäre. Die sphärische Albedo liegt stets zwischen 0 und 1. Der Wert Null entspricht einer vollständigen Absorption und Eins einer vollständigen Reflexion des einfallenden Lichts.

• Die geometrische Albedo ist das Verhältnis des von einer vollen bestrahlten Fläche zum Beobachter gelangenden Strahlungsstroms zu dem, der von einer diffus reflektierenden, absolut weißen Scheibe (ein sogenannter Lambertstrahler) gleicher Größe bei senkrechtem Lichteinfall zum Beobachter gelangen würde. Die geometrische Albedo kann in seltenen Fällen auch Werte größer 1 annehmen,<ref name=Enceladus /> weil reale Oberflächen nicht ideal diffus reflektieren.

Das Verhältnis zwischen sphärischer Albedo und geometrischer Albedo ist das sogenannte Phasenintegral (siehe Phase), das die winkelabhängige Reflektivität jedes Flächenelements berücksichtigt.<ref>Phase Integral -- from Eric Weisstein's World of Physics. In: scienceworld.wolfram.com. Abgerufen am 28. Februar 2015. </ref>

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.

Satelliten der US-Raumfahrtbehörde NASA messen seit ca. 2004 die Albedo der Erde.<ref name="DLF U&F 18-2-014">Deutschlandfunk, Forschung Aktuell, 18. Februar 2014, Monika Seynsche: deutschlandfunk.de: Die Arktis nimmt immer mehr Wärme auf (20. Februar 2014)</ref> Diese ist insgesamt, abgesehen von kurzfristigen Schwankungen, in den letzten zwei Jahrzehnten konstant geblieben; regional dagegen gab es Veränderungen von mehr als 8 %. In der Arktis z.B. ist die Rückstrahlung geringer, in Australien höher.<ref>Measuring Earth’s Albedo. Image of the day. vom 21. Oktober 2014@earthobservatory.nasa.gov; FAZ 5. November 2014, S. N1</ref>

Das Deep Space Climate Observatory soll ab 2014 die Erd-Albedo in einem Abstand von 1,5 Millionen Kilometer zur Erde vom Lagrange-Punkt L1 aus messen. An diesem Punkt würde die Sonde einen dauerhaften Blick auf die sonnenbeschienene Seite der Erde haben.

Einflüsse

Die Oberflächenbeschaffenheit eines Himmelskörpers bestimmt seine Albedo. Der Vergleich mit den Albedowerten irdischer Substanzen ermöglicht es also 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. 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 0,3.<ref> P. R. Goode et al.: Earthshine Observations of the Earth’s Reflectance. In: Geophysical Research Letters. Band 28, Nr. 9, 2001, S. 1671–1674</ref> 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 oder 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.

Literatur

• Joachim Gürtler, Johannes Dorschner: Das Sonnensystem. Barth, 1993, ISBN 3-335-00281-4.
• J. Bennett, M. Donahue, N. Schneider, M. Voith: Astronomie. Hrsg. Harald Lesch, 5. Auflage (1170 S.). Pearson-Studienverlag, München 2010
• H. Zimmermann, A. Weigert: Lexikon der Astronomie. Spektrum Akadem. Verlag, Heidelberg/Berlin

Weblinks

• Mehrsprachige Umweltenzyklopädie ESPERE

Einzelnachweise

<references />