Temperatur im Weltall

[Peter_123eb4]

Die Temperatur ist definiert als eine Zustandsgröße, deren
Gleichheit thermodynamische Gleichgewichtszustände
charakterisiert. Daraus folgt, daß sich ein System im
thermodynamischen Gleichgewicht befinden muß, damit man ihm
überhaupt eine Temperatur zuweisen kann. Das gilt zwar für die
obere Atmosphäre und auch für die Hintergrundstrahlung, aber
nicht für beide zusammen. Man kann also der oberen Atmosphäre
eine Temperatur zuordnen (die liegt dann bei 1000°C) und auch
der Hintergrundstrahlung (die liegt bei 2,7K) aber nicht
beiden zusammen, weil sie sich nicht im thermischen
Gleichgewicht befinden. Daraus folgt, daß keine der drei
Aussagen falsch ist. Falsch ist lediglich Deine Annahme, daß
man für jeden Punkt des Raumes genau eine Temperatur angeben
kann.

danke du warst einer der wenigen mit einer verständlicne Antwort. Ich würde aber trotzdem gerne wissen, und das wäre meine ursprüngliche Frage gewesen, welche Temperaturschichte ich durchschreite wenn ich mit einem Thermometer langsam in die Höhe bis ins Weltall steige.
mfG Peter

[DrStupid]

Ich würde aber trotzdem gerne wissen, und das wäre
meine ursprüngliche Frage gewesen, welche Temperaturschichte
ich durchschreite wenn ich mit einem Thermometer langsam in
die Höhe bis ins Weltall steige.

Die Frage ist interessant, aber schwer zu beantworten. Dazu müßte man nämlich die jeweilige Gleichgewichtstemperatur des Thermometers unter Berücksichtigung von Wärmeleitung und Strahlungsbilanz berechnen. Ich kann zwar sagen, daß in der Troposphäre die Wärmeleitung dominiert, so daß das Thermometer dort die Temperatur der umgebenden Luft anzeigt, während in der oberen Atmosphäre die Strahlungsbilanz dominiert, so daß das Thermometer im Schatten die 2,7 K der Hintergrundstrahlung anzeigen wird. Wie der konkrete Temperaturverlauf aussieht hängt (insbesondere zwischen diesen beiden Extremen) wesentlich vom Aufbau des Thermometers ab. Bei einem Thermometer mit geringer IR- und Mikrowellen-Absorption und guter Wärmeleitung wird die angezeigte Temperatur der atmosphärischen Temperaturkurve in größere Höhen folgen, als bei einem schwarzen Strahler mit schlechter Wärmeleitung. Erschwerend kommt hinzu, daß die Temperatur des Strahlungsfeldes in der Troposphäre auch noch von ihrer Zusammensetzung (insbesondere vom Anteil an Treibhausgasen) abhängt.

Um die fragliche „Temperaturschichte“ zu berechnen, müßte man also die Temperaturen T_S und T_L des Strahlungsfeldes und der Luft, das Absorptionsspektrum des Thermometers sowie die Wärmeleitung zwischen dem Thermometer und der Luft in der jeweiligen Höhe kennen. Bei einem schwarzen Strahler gilt für die Gleichgewichtstemperatur T

a·(T_S⁴-T⁴) + b·(T_L-T) = 0

Dabei ist a ein (aus Stefan-Bolzmann-Konstante und effektiver Oberfläche bestehender) Parameter, der den Strahlungstransport beschreibt und b ein (wesentlich vom Druck abhängiger) Parameter, der die Wärmeleitung bestimmt.

[Michael_Bauer_c1319c]

Hallo!

Ich schließe mich Mr. Stupid an, der seinen Namen offensichtlich zu Unrecht trägt.

Hinzufügen möchte ich, dass auch auf Meereshöhe die Temperaturdefinition Probleme macht. Man hört hin und wieder Bemerkungen wie: „Auf dem Tennisplatz beträgt die Temperatur in der prallen Sonne bis zu 50°C“. Diese Aussage ergibt keinen Sinn, da sich der Tennisplatz nicht im thermodynamischen Gleichgewicht befindet. Man würde für den Sand, die Luft in 10 cm Höhe, die Luft in 1 m Höhe, das Netz, … ganz unterschiedliche Temperaturen messen, bzw. sich wundern, dass das Thermometer überhaupt keinen stabilen Wert anzeigt. Meteorologen geben immer die Temperatur „im Schatten“ an, weil es nur dort annähernd ein thermodynamisches Gleichgewicht gibt.

Michael