Air Mass

Die Luftmasse (englisch Airmass, kurz AM) ist in der Astronomie ein relatives Maß für die Länge des Weges, den das Licht eines Himmelskörpers durch die Atmosphäre der Erde bis zum Erdboden zurücklegt. Sie ist definiert als Verhältnis der jeweiligen Weglänge $l\,$ bezogen auf die minimale Länge $l_0\,$ bei senkrechtem Lichteinfall:

$\mathrm{AM} := \frac{l}{l_0}$

Bezeichnet man mit ζ (griech. Zeta) den Zenitwinkel, unter dem das Licht die Erdoberfläche erreicht, so kann man für nicht zu große Zenitwinkel die Luftmasse näherungsweise mit der Formel

$\mathrm{AM} \approx \frac{1}{\cos\zeta}$

berechnen. Bei einem Zenitwinkel von 0 fällt das Licht senkrecht auf die Erdoberfläche, und der Weg durch die Atmosphäre ist am kürzesten (AM = 1). Für größere Zenitwinkel gilt diese Formel wegen der Erdkrümmung jedoch nicht mehr.

Durch den längeren Weg durch die Atmosphäre wird das Licht durch Streuung und Absorption sowohl abgeschwächt als auch in seiner spektralen Zusammensetzung verändert.

Astronomie

Die Luftmasse ist in der beobachtenden Astronomie ein Maß für den Zenitwinkel, das eine schnelle Einschätzung der erzielbaren Beobachtungsqualität erlaubt. Bei Luftmassen größer als zwei wird im Allgemeinen nur ungern beobachtet; die meisten Teleskope haben Sicherheitsschaltungen, die Beobachtungen bei Werten über 2,5 bis 3 verhindern.

Die Abschwächung des Lichtes (Extinktion) spielt hierbei eine geringere Rolle als die zunehmende differentielle Refraktion zwischen blauem und rotem Licht. Auch die stärkere Luftunruhe (Szintillation) verschlechtert die Bildqualität schnell jenseits der für die Forschung akzeptablen Werte.

Siehe auch: Astronomische Refraktion, Seeing

Solarphysik

Das Spektrum der Solarstrahlung ist abhängig von der Weglänge des Lichts durch die Atmosphäre, und entsprechenden Längenmaßen sind entsprechende Spektren und Strahlungsleistungen zugeordnet.

Ein schräger Einfall des Sonnenlichts bedeutet eine Abschwächung der Strahlungsleistung und eine Änderung des Spektrums. Für vergleichende Messungen wurden verschiedene Spektren und Strahlungsleistungen definiert. AM = 0 ist definiert als das Spektrum außerhalb der Atmosphäre (extraterrestrisches Spektrum) im Weltraum, die Strahlungsleistung beträgt dort 1367 W/m² (Solarkonstante). AM = 1 ist das Spektrum der senkrecht auf die Erdoberfläche fallenden Sonnenstrahlen, d. h. die Sonne muss dafür genau im Zenit stehen; die Strahlen legen dann den kürzesten Weg auf die Erdoberfläche zurück. Für AM = 1,5 ergibt sich ein Zenitwinkel von etwa 48,2°. Bei diesem Spektrum beträgt die globale Strahlungsleistung 1000 W/m²; aus diesem Grunde wurde AM = 1,5 als Standardwert für die Vermessung von Solarmodulen eingeführt. Das Spektrum AM = 1,5 ist in der Norm IEC 904-3 (1989) Teil III festgehalten.

Für Berlin beträgt zur Wintersonnenwende mittags der Zenitwinkel 76°; und damit gilt hier AM = 4,13. Für die Sommersonnenwende und bei Sonnenhöchststand beträgt der Zenitwinkel ca. 29°, das entspricht AM = 1,14.

Definiert man AM über den Höhenwinkel h der Sonne (Sonnenhöhe mit h als Winkel zwischen der Horizontalen am Beobachtungsort und der Solarstrahlung), so ergibt sich wegen h = 90° − ζ die Luftmasse zu

$\mathrm{AM} \approx \frac{1}{\sin h}$

Siehe auch: Photovoltaik, Wp (Maßeinheit), Luftmasse in der Meteorologie