Säteilytasapainon

Säteilytasapainon (radiative equilibrium) tarkoittaa tilaa, jossa järjestelmä vastaanottaa yhtä vähän säteilyenergiaa kuin se säteilee pois, jolloin sen sisäinen lämpötila säilyy vakaana ilman jatkuvaa energian kertymistä tai menoa. Tämä käsite esiintyy monissa konteksteissa, kuten planeettojen, tähtien ja galaksien tutkimuksessa, sekä ilmakehän ja ilmaston radiatiivisessa bije.

Yksinkertainen esimerkki on planeetan radiatiivinen tasapaino. Planeetan heijastuskyky on A (albedo), ja sen vastaanottama auringon säteily on S. Ohuen geometriageometrian vuoksi keskimääräinen vastaanotettu teho per pinta-ala on (1 − A)S/4. Planeetan emissio tällöin voidaan ilmaista pinnan emissiviteetilla ε ja säteilynä σ on Stefan–Boltzmannin vakio: P_emit = εσT^4. Tähän tasapainoon asettamalla P_abs = P_emit saadaan arvo kappaleen tasapainolämpötilalle T_eq = [(1 − A)S/(4εσ)]^(1/4). Esimerkiksi Maapallon arvoihin tartuttaessa S ≈ 1361 W/m^2, A noin 0,3 ja ε≈1 antaa T_eq noin 255 K (−18 °C) ilman kasvihuonekaasujen vaikutusta.

Monimutkaisemmissa järjestelmissä, kuten ilmakehässä, radiatiivinen tasapaino syntyy radiatiivisen siirron ja kerroksittaisen absorptio-emission tasapainottumisesta yhdessä. Tämä sisältää spektrin riippuvuudet, ilmaston kasvihuonekaasujen vaikutukset sekä mahdolliset sekä ylä- että alakerrosten säteilyn takaisinheijastumat. Radiatiivinen tasapaino ei kuitenkaan välttämättä merkitse termodynaamista tasapainoa: lämpötila voi vaihdella tilassa, vaikka kokonaisenergiaa vastaanotetaan ja säteilytetään tasapainossa. Säteilytasapainon käsite on keskeinen monien neuvottelujen ja mallien perusta planetoiden, tähtien ja ilmaston energiavirroissa.