Zakladni astronomicke parametry urcujici klima a planety

Vubec nejzakladnejsim parametrem pro klima je vlastnost obezne drahy kolem Slunce (perioda, vzdalenost, tvar), a take o jaky typ Slunce se jedna (obecne). Nase Slunce je totiz jednou z mnoha hvezd ve vesmiru a vlastnosti hvezd jsou velmi ruznorode. Zakladnim parametrem Slunce (jakehokoliv) je prumerna efektivni teplota na zaklade vyzarovani a polomer (pripadne splostelost, promennost). Dalsimi dulezitymi parametry je pak delka dle, perioda otoceni okolo osy (neni to to same), albedo. Vliv atmosfery je dalsi krok pro charakteristiku klimatu.

Zakladni jednoduche parametry Slunce, zvolene pro vypocet klimatu:
Polomer 696 000 km (prumer 1 392 000 km)
Povrchova teplota 5785 K, to je 5512 °C. I na povrchu Slunce je teplota ruzna, take kolisa, skvrny jsou az o 2000 K (2000 °C) chladnejsi. Vsak paradoxne s vetsim poctem skvrn roste Slunecni aktivita a Slunce i vic zari.

Parametry drahy Zeme, zvolene pro vypocet klimatu:
Velka poloosa (stredni vzdalenost od Slunce, tato vzdalenost je znacena jako 1 AU) 149 597 870.7 km
Excentricita drahy (muze byt v rozmezi 0-1): 0.0167
Odtud mame nejvetsi vzdalenost od Slunce 152096155 km a nejmensi vzdalenost 147099586 km (vzdalenost se pocita vzdy od stredu Slunce ke stredu Zeme)



Z vyse uvedenych udaju pak snadno spocteme intenzitu Slunecniho zareni dopadajici kolmo na Zemi (bez vlivu atmosfery). Hodnota vychazi z teploty povrchu Slunce a vzdalenosti Zeme od Slunce. Vysla nam intenzita zareni od Slunce pri stredni vzdalenosti 1374.7 W/m2, v nejmensi vzdalenosti 1397.6 W/m2 a v nejvyssi vzdalenosti 1351.7 W/m2. Albedo Zeme prumerne se odhaduje na 0.30-0.31, zvoleno albedo 0.305. Samozrejme, ze albedo Zeme se menis mistem i casem. Albedo udava, kolik zareni je odrazeno. Albedo 0 znamena nic neodrazeno (vse zareni je pohlceno) a albedo 1 znamena vse odrazeno (nic neni pohlceno).

Pri zvolenem konstantnim albedu 0.305 a bez vlivu atmosfery, vychazi prijem zareni v substellarnim bode (tam, kde je Slunce kolmo nad povrchem) pri vzdalenosti od Slunce rovne velke poloose (1 AU) 955.4 W/m2, v minimalni vzdalenosti od Slunce (periheliu) 971.3 W/m2 a v maximalni vzdalenosti od Slunce (afeliu) 939.4 W/m2 Neuvazuje se vliv atmosfery ani zadne vedeni-prenos tepla, jen radiacni rovnovaha. Intenzita rovnovazneho vyzarovani povrchu v substelarnim bode bude mit stejnou hodnotu. Prez celou planetu prumerne je prijem zareni 4x nizsi (zprumerovano), na polovine planety je noc. Prez celou Zemi prumer zareni vychazi 238.8 W/m2 ve stredni vzdalenosti (velka poloosa), nejvice (v minimalni vzdalenosti, periheliu) 242.8 W/m2 a v nejmene (v nejvetsi vzdalenosti, afeliu) 234.9 W/m2.

Z vyse uvedenych udaju pak spocitame rovnovaznou teplotu povrchu (bez vlivu atmosfery, bez prenosu tepla a bez tepelne setrvacnosti). V substellarnim bode (kde je Slunce kolmo nad povrchem) je rovnovazna teplota 357.5 K (vzdalenost velka poloosa), nejblize Slunci 360.5 K a nejdale od Slunce 354.5 K. A v pripade prumerne hodnoty pro celou planetu je rovnovazna teplota pri stredni vzdalenosti (velka poloosa) 252.8 K, nejblize Slunci 254.9 K a nejdale od Slunce 250.7 K. Pomer mezi rovnovaznou substellarni a prumernou teplotou je 1.41421356 (odmocnina z 2). Ve stupnich Celsia je rovnovazna teplota v substellarnim bode (kde je Slunce kolmo nad povrchem) je rovnovazna teplota +84.3 °C (stredni vzdalenost, velka poloosa), +87.3 °C (nejblize Slunci) a +81.3 °C (nejdale od Slunce). A v pripade prumerne hodnoty pro celou planetu je rovnovazna teplota pri stredni vzdalenosti (velka poloosa) od Slunce -20.4 °C, -18.3 °C (nejblize Slunci) a -22.5 °C (nejdale od Slunce).

To byl ten uplne nejjednodusi vypocet klimatologicke charakteristiky na zaklade parametru obezne drahy a parametru Slunce. Podle pomerne presnych mereni se udava Solarni konstanta (prijem zareni od Slunce) 1361 W/m2, v dobe Slunecniho maxima 1362 W/m2. Je to o neco nizsi hodnota, nez na zaklade teploty-polomeru-vzdalenosti vypoctena intenzita zareni od Slunce, dopadajiciho na Zemi. 1361 W/m2 hodnota je pro stredni vzdalenost Zeme od Slunce (1 AU), v prubehu roku kolisa v rozmezi 6.9 % od 1412 W/m2 zacatkem ledna, kdy jsme Slunci nejblize (v periheliu) az po 1321 W/m2 zacatkem cervence, kdy jsme Slunci nejdale (v afeliu). Takove rozmezi prichazejiciho Slunecniho zareni v prubehu roku udava Wikipedie. Rovnovazna teplota Zeme z hlediska vnejsiho pozorovani na zaklade vyzarovani se udava obvykle 255 K, tedy -18 °C. Prumerna teplota cele atmosfery (zprumerovano nejspis prez hmotnost) by mela byt -17 °C (256 K). Parametry Slunce i vyzarovani Zeme je ale pomerne dobre uz znamo. Podle presnejsich pozorovani vysla Solarni konstanta (zareni dopadajici od Slunce) trochu nizsi, nez podle jednoducheho vypoctu vzdalenost-teplota-polomer. Ale rovnovazna teplota Zeme z hlediska vnejsiho vyzarovani, se naopak udava o neco vyssi, nez vypoctena hodnota ze zakladnich parametru (i vyssi, nez rovnovazna teplota v minimalni vzdalenosti od Slunce).

Prumerna teplota pri povrchu Zeme je vyssi +14 °C az +15 °C resp. 287-288 K. O 33 K (32-33 °C) o proti rovnovazne teplote z hlediska vyzarovani je prumerna teplota povrchu vyssi - to je dano vlivem atmosfery - sklenikovym efektem. Vetsina z celeho vlivu sklenikoveho efektu, je zpusobena vodni parou v atmosfere. Slozky metan, Oxid uhlicity, nejsou dominantni. Ale soucet pusobeni sklenikovych plynu (i jejich obsah samozrejme) v poslednich desetiletich roste.

Substellarni rovnovazna teplota je pocitana pro bod na planete, kde je Slunce v nadhlavniku (kolmo nad povrchem), a navic bez vlivu atmosfery a bez prenosu tepla mezi ruznymi misty na planete. Navic se substellarni bod meni neustale na Zemi a neni zapoctena tepelna setrvacnost. Pokud se substellarni bod meni, mela by teplota na povrchu byt vzdy nizsi, nez rovnovazna teplota substellarniho bodu v dobe perihelia. Na Zemi v prubehu roku intenzita zareni od Slunce a rovnovazna teplota prilis nekolisa (rozdil Max-Min 6.9 %, magnituda 0.0726). U jinych planet ale muze kolisat mnohem vic.

Vlivem atmosfery (setrvacnost, prenos tepla) zpusobuje, ze teplota kdekoliv na planete, bude nizsi, nez udana rovnovazna teplota v substellarnim bode v dobe minimalni vzdalenosti od Slunce. Ale mohutny sklenikovy efekt muze zpusobit, ze permanentne a na cele planete, bude teplota pri povrchu vzdy vyssi, nez rovnovazna teplota v substellarnim bode (Slunce kolmo nad povrchem) v dobe perihelia. Tak tomu je u Venuse. Podle zakladnich parametru (polomer a teplota hvezdy, u obezne drahy velka poloosa a excentricita, dale Albedo u Zeme 0.305, u Venuse 0.65) spocteme pro Zemi rovnovaznou teplotu -20.4 °C (v prubehu roku kolisa -18.3 °C az -22.5 °C). U Venuse nam pak rovnovazna teplota vyjde -22.8 °C (v prubehu roku kolisa -21.9 °C az -23.6 °C). A to i prez to, ze velka poloosa je mensi (Venuse je Slunci bliz - 0.723332 AU, Zeme 1.00 AU), excentricita drahy Venuse je 0.006772 (dost malo) a intenzita zare od Slunce (osluneni) pri stredni vzdlenosti 2627.3 W/m2, v prubehu roku kolisa 2645.1-2609.6 W/m2 (podle vypoctu ze zakladnich parametru). Jenze u Venuse je permanentne zcela zatazeno a mraky zpusobuji vysoke albedo, aktualne pouzito albedo 0.65 a odtud dane rovnovazne teploty. Wikipedia dokonce uvadi albedo Venuse (Bond, pro tepelnou rovnovahu) 0.76. V takovem pripade nam rovnovazna teplota vyjde -45.3 °C (v prubehu roku kolisa -44.5 °C az -46.1 °C).

Prumerna teplota pri povrchu (u Zeme ve 2 m) je +14 °C az +15 °C a tlak redukovany na hladinu more prumerne 1013.25 hPa. U Venuse je vsak tlak pri povrchu (v prumerne nadmorske vysce ?) okolo 92 000 - 93 000 hPa a prumerna teplota +464 °C (Odhadovane rozmezi telot +438 °C az +482 °C) podle Wikipedie. Venuse se kolem sve osy otaci velmi pomalu a den i noc trva dlouho. Vlivem huste atmosfery vsak je maly rozdil teplot mezi dnem a noci i mezi rovnikem a polem.

Sklon rotacni osy a perioda rotace jsou pak dalsim dulezitym parametrem. U Zeme je to 23.43642 stupne (EN Wikipedie presne udava 23.4392811 stupne, hodnota se meni radove o nasobky 0.0001 stupne rosne, 0.0001 stupne mesicne), u Venuse 2.64 stupne. Venuse se navic otaci retrogradne, proti smeru obehu. Tak by se spis mela udavat hodnota 177.36 stupne. Na Venusi take polarni noc nastava jen velmi blizko polum a Slunce je jen kousek pod obzorem, v dobe polarniho dne kousek nad obzorem. Stridani dne a noci je ale na cele planete velmi pomale, perioda den-noc trva dele nez rok (obezna perioda kolem Slunce 224.701 pozemskych dni, doba rotace kolem osy 243.0226 dni a retrogradne, tedy den delsi nez rok) Ovsem delka dne jako takova (perioda vychod-zapad-vychod Slunce), tedy synodicka perioda rotace, je na Venusi uplne nekde jinde - 583.92 pozemskych dni. V pripade Zeme je perioda rotace okolo osy (tedy sidericka perioda rotace 0.99726968 dni (23h 56m 4.100s) a delka dne jako takova (perioda vychod-zapad-vychod Slunce), tedy synodicka perioda rotace, 1.00 dni (24h 00m 00s). Zkratka a dobre u Venuse trva 583.92 pozemskych dni cyklus den-noc (nez se vrati z hlediska hodinoveho uhlu Slunce na obloze do stejne polohy), u Zeme to je 24.00 hodin. Vsude a porad je vsak na Venusi zatazeno hustou vrstvou oblacnosti.


Zakladni parametry Zeme, Slunce, obezne drahy:

RO - Polomer Slunce 696 342 km (Polarni polomer 695 700 km, splosteni 0.000009) pode EN Wiki. Podle Ceske Wikipedie je polomer Slunce 696 010 km.
MO = 1.98855 E30 kg - Hmotnost Slunce 1.98855 E30 kg tedy 1988.55 Miliard Miliard Miliard kg podle EN a CZ Wiki
LO = 3 827 5000 EW - Zarivy vykon Slunce (Bolometricky - na vsech delkach dohromady) 3.828 E26 W resp. 3 828 000 Miliard GW podle EN Wiki. (Podle CZ Wiki 3.827 E26 W)
T0 = 5780 K resp. 5507 °C - Efektivni prumerna teplota fotosfery (povrchu), podle zariveho vykonu a spektra. Jeden udaj je 5785 K resp. 5512 °C, Podle EN Wikipedie 5772 K resp. 5499 °C, podle CZ Wiki 5780 K resp. 5507 °C. Dali zdroj uvadi 5778 K tedy 5505 °C. Ve stredu Slunce je podle modelu teplota 15.7 MK (15 700 000 °C) a kolem Slunce je velmi ridka nepravidelne rozlozena plazma s teplotou 5 MK (5 000 000 °C) - Korona.
M = 4.83 (absolutni hvezdna velikost, bolometricka), zdanliva hvezdna velikost mv -26.74, bolometricka mbol -26.832 (ve vzdalenosti od Slunce 1 AU ?) - Absolutni hvezdna velikost Slunce +4.83 (Bolometricka ?), zdanliva hvezdna velikost (Bolometricka ?) −26.832 Vizualni MV −26.74. Hvezdna velikost je z Ceske i Anglicke Wikipedie. Jiny starsi udaj udava zdanlivou hvezdnou velikost Slunce -26.72 (asi vizualni) a -26.8 (asi bolometrickou). Neni uvedeno, z jake vzdalenosti od Slunce je zdanliva velikost vypoctena (nejblize ci nejdale Slunci, velka poloosa ?) . Podle Anglicke Wiki u obezne drahy Zeme je nejvetsi vzdalenost od Slunce (afelium - 152 098 233 km) 1.03399048x vyssi, nez nejmensi vzdalenost od Slunce (perihelium - 147 098 291 km). prichod zareni od Slunce je v dobe perihelia tedy 1.06913632x vyssi (o 6.913632 vyssi oproti apoastru) nez v dobe afelia (vzdalenosti podle na EN Wikis stranka Aphelion-Apsis). Rozdil magnutudy Slunce v afeliu-periheliu je pak 0.072582708 (desitkovy logaritmus rozdilu x 2.5). Magnituda - velikost je logaritmicka velicina. Cim je cislo vyssi, tim mene zareni zareni prichazi. Hvezdy 5. velikosti jsou 100x slabsi, nez hvezdy velikosti 0. Rozdil magnitudy 2.5 znamena 10x slabsi-jasnejsi obekt. Absolutni magnituda u hvezd je brana, jak je hvezda jasna na vzdalenost 10 parseku (32.6156 svetelnych let resp 2 060 000 AU resp. 308 567 758 149 136.73 km). Bolometricka magnituda vyjadruje intenzitu zareni na vsech vlnovych delkach celkove.

AU - Astronomicka jednotka - Stredni vzdalenost Zeme-Slunce 149 597 870.7 km (presne) (Velka poloosa podle Wiki CZ 149 597 887 km, 1.000 000 11 AU). Podle EN Wiki je velka poloosa 149 598 023 km.
Eccentricita drahy Zeme 0.01671022 (CZ Wiki). Podle EN Wiki je excentricita drahy Zeme 0.0167086.
Mz - Hmotnost Zeme 6.9736 E24 kg, tedy 6 973 600 Miliard Miliard Kg (starsi udaj 6.9742 E24 kg)
Rz - Polomer zeme stredni 6371.0 km, rovnikovy 6378.137 km, polarni 6356.752 km - (polomer prumerny 6371.0 km, rovnikovy 6378.1 km a polednikovy - mezi poly 6356.8 km) podle planety.astro.cz. Podle CS Wiki rovnikovy prumer 6378.135 km, polarni prumer 6356.75 km, zplosteni 0.003352861, podle EN Wiki je stredni polomer 6371.0 km, rovnikovy polomer 6378.137 km, polarni polomer 6356.752 km
Perioda rotace sidericka 23.93447232 hodin, synodicka presne 1 den resp. 24.00 hodin - 1 den - Synodicka perioda presne 24.00 hodin resp. 1440 minut resp. 86400 s (taky se meni), sidericka perioda rotace 23.9345 hodin podle CZ Wiki, podle EN Wiki 0.99726968 dne resp. 23.93447232 hodin resp. 23h 56m 4.100s.
1 rok - Sidericky (obezna perioda) 365.256 dni, tropicky (kalendarni rok) 365.242 dni podle planety.astro.cz, podle CZ Wiki 365.25696 dne resp. 1.0000191 roku. Podle EN Wiki je obezna perioda 365.256363004 dni resp. 1.00001742096 roku

Mnoho hvezd je promennych a intenzita zareni (luminosita) i spektrum zareni a teplota povrchu, velikost hvezdy, se meni. Promennost hvezd je v ruzne casove skale od radu minut-hodin az po desetileti. V prubehu Slunecnich cyklu se intenzita zareni prichazejiciho od Slunce meni v poslednich desetiletich na skalach 1 W/m2 resp. 0.1 % z celkoveho vykonu. Muzeme byt velmi radi za stabilitu toku Slunecniho zareni.

SO = 1361 W/m2 - prumerna solarni konstanta v dobe stredni vzdalenosti od Slunce dopadajici kolmo na horni hranici atmosfery 1361 W/m2 (podle EN Wiki). Hodnota je podle novodobych mereni. Ve 20. stoleti se udavaly hodnoty 1366-1368 W/m2
Eps = 23.4392811 stupne - Sklon Zemeske osy rotace vuci obezne rovine - 23.4392811 stupne (podle EN Wikipedie, dost veci s tim souvisi, tato hodnota se meni), podle CZ Wikipedie 23.439281 stupne. Meni se radove o 0.0001 stupne za rok.
Gravitacni zrychleni gz 9.80665 m/s2 - Prumerna gravitace na Zemi 9.807 g/m2 (gravitace, nikoliv tiha, na rovniku) podle CZ Wiki, podle EN Wiki je gravitacni zrychleni prumerneho 9.80665 g/m2
Prumerna teplota na povrchu Zeme 287 K resp. +14 °C (Nejspis prumer na zaklade stanicniho mereni a interpolace, za obdobi 1961-1990). Prumer 2001-2030 bude nekde na +15 °C resp. 288 K.
Albedo Zeme (Bond) 0.306 - Prumerne albedo 0.367 (geometricke) podle CZ Wikipedie, podle EN Wikipedie albedo geometricke 0.367 a Bond 0.306. Bond albedo je dulezite pro radiacni bilanci.

Zdroje:
Teplotu povrchu Slunce (prumernou, aby to sedelo na mnozstvi vyzarovane energie), polomer Slunce, parametry drahy Zeme a dalsich planet, i albedo, delku dne a dalsi, solarni konstantu (kolik energie prichazi od Slunce) se da snadno dohledat v jakemkoliv astronomickem atlase, nebo na planety.astro.cz i na Wikipedii. Hodnoty se trochu lisi, ale ne vyrazne.

http://planety.astro.cz/soustava/1861-planety-slunecni-soustavy
https://en.wikipedia.org/wiki/Sun
https://cs.wikipedia.org/wiki/Slunce
https://en.wikipedia.org/wiki/Earth
https://cs.wikipedia.org/wiki/Zem%C4%9B
https://en.wikipedia.org/wiki/Aphelion
https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/sunfact.html
http://mips.as.arizona.edu/~cnaw/sun.html
https://www.omnicalculator.com/physics/luminosity
https://en.wikipedia.org/wiki/Parsec
https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_constant
https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_luminosity