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Die meisten Diagramme, die ich von Sonnenlicht sehe, sehen in etwa so aus:
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Sie zeigen, dass man sich die Sonnenstrahlung für grundlegende geometrische Analysen als „dünne Linien“ vorstellen kann, die auf die Erde treffen. Außerdem treffen diese Strahlen bei einer Tagundnachtgleiche direkt von Osten auf den Horizont jedes Punktes der Erde (außer den Polen). Der Durchmesser der Erde spielt also keine Rolle, was den Winkel angeht, in dem die Strahlen auftreffen.
Ich bin gespannt – wie weit wird mich dieser konzeptionelle Rahmen bringen? Wie kann man sich besser vorstellen, wie das Licht der Sonne auf die Erde trifft?
Es gibt keinen besseren Weg, dies zu konzeptualisieren, denn so passiert es. Die Sonne ist sehr groß und sehr weit weg, so dass die Strahlen, die uns erreichen, effektiv parallel zueinander sind. Dies ist bereits der beste Weg, um sich vorzustellen, wie Licht auf die Erde trifft - wenn es ein besseres gäbe, hätten Sie wahrscheinlich stattdessen davon gehört.
Dies ist eine Näherung erster Ordnung und funktioniert gut für einfache Modelle der Bestrahlung der Atmosphäre oder der Erdoberfläche.
Ein einfaches Experiment mit einer Lochkamera oder einem einzelnen Objektiv zeigt jedoch, dass dieses Modell in Aufnahmesituationen nicht funktioniert. Die Sonne ist ein "erweitertes Objekt", das heißt, sie ist keine Punktquelle, daher entspricht das Bild, das Sie erhalten, nicht dem, was Sie von einer Punktquelle erwarten würden. Schlimmer noch, selbst wenn die Sonne eine Punktquelle wäre, unterscheidet sich die Entfernung zum geometrischen Brennpunkt nur geringfügig von der Entfernung, wenn alle Sonnenstrahlen perfekt parallel wären. Siehe die Linsenmacher-Formel, $ frac{1}{f} = frac{1}{p} + frac{1}{q} $ wobei p und q die Entfernungen vom Objektiv zur Quelle bzw. zum Bild sind. (Ich warne das für ein vernünftiges Objektiv, sagen wir Brennweite $ f = 10 m$, der Unterschied zwischen dem Brennpunkt für parallele Strahlen und Strahlen von einer Punktquelle $150space Millionspace km$ weg ist lächerlich klein)
Wenn Sie Kernschatten und Halbschatten während einer Sonnen- oder Mondfinsternis modellieren möchten, müssen Sie die physikalische Ausdehnung der Sonne berücksichtigen.
Verwenden Sie Sonnenlicht oder verlieren Sie es
Ein neues &ldquosolares Homesteading&rdquo-Gesetz könnte Sonnenstrahlen, die auf Dächer und Parkplätze in Städten fallen, nutzen und die Ziele der Energiedemokratie voranbringen.
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Sonnenkollektoren auf einem Dach in Queens, NY (Foto von Steven Pisano über Flickr).
Ein neues &ldquosolares Homesteading-Gesetz&rdquo könnte Sonnenstrahlen, die auf Dächer und Parkplätze in Städten fallen, nutzen und die Ziele der Energiedemokratie voranbringen.
Was wäre, wenn wir das Sonnenlicht nutzen würden, das ungenutzt auf Dächer, Parkplätze und andere städtische Oberflächen fällt? Daraus könnten wir Strom erzeugen und damit den entscheidenden Übergang weg von fossilen Brennstoffen vorantreiben. Dieser Vorschlag mag für manche radikal klingen. Aber in der Tat erweitert solares Homesteading einfach die althergebrachten US-Traditionen der ländlichen, landwirtschaftlichen Siedlung.
Jeden Tag stürzen Photonen aus dem All auf die Dächer von Lagerhallen im ganzen Land. Diese Photonen könnten, wenn sie eingefangen werden, zur Photosynthese beitragen und Elektrizität erzeugen.
Nach dem Erwerb des Louisiana-Kaufs im Jahr 1803 überlegten die Vereinigten Staaten, wie die Vorteile auf einem riesigen Land, das sich von New Orleans bis zu den Great Plains erstreckt, am besten entwickelt und verteilt werden könnten. Die amerikanischen Ureinwohner sollten natürlich schamlos enteignet werden, aber wie genau? Die Antwort des Landes auf diese Frage beruhte auf der Abwägung von Privateigentum und öffentlichem Gut, ein Bemühen, das im ersten Homestead Act von 1862 kristallisiert wurde.
Der Homestead Act bot eine Karotte an, während er mit einem Stock drohte. Im Jahr 1862 gewährte die Bundesregierung den „eigentlichen Siedlern&rdquo kostenlos Teile von „nicht angeeignetem öffentlichem Land&rdquo&ndquo, geraubtem Land der amerikanischen Ureinwohner&ndquo;. Während des Bürgerkriegs schlossen „Siedler&rdquo diejenigen aus, die „Waffen gegen die US-Regierung getragen hatten.&rdquo (Hinweis an Trump-Anhänger: Lassen Sie Ihre Clubs zu Hause.) Der Begriff &ldquosettlers&rdquo sollte auch große Unternehmen ausschließen: Das Gesetz beschränkte die Anzahl der Lose auf 160 Morgen, genug für eine Familie, die den halbtrockenen Westen bestellt, aber nicht genug für einen Landbaron. Das war die Karotte. Der Knüppel kam ins Spiel, als Landwirte es versäumten, Land zu bewirtschaften und nur Land als Spekulation für den späteren Verkauf hielten. Das Gesetz sah eine fünfjährige Probezeit vor, während derer jedes Land, das für mehr als sechs Monate unbesiedelt oder verlassen gelassen wurde, an die Regierung zurückgegeben werden soll. Mit anderen Worten, die Rücknahme war der Knackpunkt. Warum sollten Sie sich schließlich die Mühe machen, den Ureinwohnern einen Hektar zu stehlen&mdash, der vermutlich für bloßes Jagen und Sammeln verschwendet wird&mdash, wenn Sie ihn nicht besser und produktiver nutzen können? Theoretisch wurde dadurch „herrenlose&rdquo Wildnis in einen Garten verwandelt. Der Homestead Act zwang US-Siedler dazu, Häuser zu bauen, Getreide anzubauen, Vieh zu züchten und die Produktion allgemein zu intensivieren.
In dieser Atmosphäre der Chancen und Bedrohungen wuchs die berühmteste Grenzgängerin der US-Literatur, Laura Ingalls Wilder, auf. Ihr Vater, Charles Ingalls, erwarb ein Gehöft in Minnesota, musste es aber bald wegen Nichtbenutzung aufgeben. Zu seinem Glück gab ihm das Gesetz eine zweite Chance. &bdquoWenn Onkel Sam bereit ist, uns eine Farm zu geben&bdquo.&ldquo erklärte er seiner Frau und seinen Töchtern, &bdquoIch sage, lass es uns nehmen&rdquo 1880 ließen sie sich erfolgreich im Dakota-Territorium nieder. In diesem Fall erreichte das Gesetz seinen beabsichtigten Zweck und gab den Siedlern gestohlenes Land zur Entwicklung. Spätere Gesetze hätten den Ingalls auch das Recht auf Wasser und Mineralien „Gefangennahme&rdquo eingeräumt, vorausgesetzt, sie nutzten diese Ressourcen produktiv. Aber die Ingallen nutzten nur das Land, und ihre Erfahrung war nicht universell. Ein Großteil des westlichen Landes fiel in die Hände von Spekulanten, bevor es schließlich in die Hände von Eisenbahn- und Bergbauunternehmen überging.
1862 brachte der Homestead Act ein Gleichgewicht zwischen Privateigentum und öffentlichem Gut. Heute behält es progressives Potenzial.
Dennoch behält der Homestead Act heute ein progressives Potenzial. Das Vollständiger Leitfaden für Idioten zum Urban Homesteading schlägt Mittel vor, das Gesetz zum legalen Erwerb und zur Bewirtschaftung von Baulücken zu nutzen. Als weiteres Beispiel befürwortet die aktivistische Anwältin Dana May Christensen ein neues Homestead-Gesetz zugunsten farbiger Communities in Detroit. Unter Hacke und Kelle, argumentiert sie, könnten die vielen Baulücken der Stadt gleichzeitig Unterbeschäftigung und Unterernährung reduzieren. Dieses Recht auf Garten repräsentiert die moderne Homesteading-Karotte und sollte in den Kämpfen für städtische soziale Gerechtigkeit in den Vereinigten Staaten eine Rolle spielen.
Aber diese Karotte spiegelt nur einen Aspekt des heutigen Potenzials von Act&rsquos wider. Für solares Homesteading ist der Stick relevanter. Der Stick gilt für eigene Ressourcen, die aufgegeben wurden. Die Drohung besagt, dass diese Ressourcen, die unproduktiv verwendet werden, an die Regierung „übertragen&rdquo“in der Tat als &ldquopublic domain&rdquo im Titel des Gesetzes beschrieben werden.
Das meiste Sonnenlicht fällt auf Städte ohne „einfangen&rdquo. Zum Beispiel stürzen täglich Photonen aus dem All auf die Dächer von Lagerhäusern im ganzen Land. Diese Photonen könnten, wenn sie eingefangen werden, zur Photosynthese beitragen, Strom erzeugen oder zumindest eine Dachterrasse beleuchten. Aber sie werden selten gefangen und verwendet.
Wenn die Eigentümer von Dächern und Parkplätzen das Sonnenlicht nicht effektiv nutzen, verlieren sie ihre Rechte an dieser Ressource.
Ein einfaches Dach absorbiert einige Photonen träge und prallt andere davon ab. Die Teer-, Schindel- oder Schieferdächer verzichten effektiv auf Sonnenlicht. Parkplätze sind noch weniger empfänglich für Sonnenlicht: Sie lenken Photonen von jeder positiven Funktion ab und lenken sie stattdessen versehentlich in den negativen städtischen Wärmeinseleffekt. Wenn die Eigentümer von Dächern und Parkplätzen das Sonnenlicht nicht effektiv nutzen, verlieren sie ihre Rechte an dieser Ressource. Ingalls hat seine Landrechte in Minnesota erworben.
Solarreserven sollten „zurück an die Regierung gehen&rdquo. Diese Wendung von 1862 könnte eine neu entdeckte Solar-Public Domain sichern. Da das Sonnenlicht weiterhin ungenutzt fällt, sollten wir den Homestead Act von Präsident Lincoln modernisieren und urbanisieren. Während wir schon dabei sind, lassen Sie es uns auch &ldquosolarisieren&rdquo. Solares Homesteading kann den Green New Deal ankurbeln und Energiedemokratie bringen.
Heute könnten wir Sonnenlicht als einen Louisiana-Kauf von Planetengröße betrachten. In diesem Fall ist Sonnenlicht jedoch eine unendliche Ressource und keine von Grenzen und Wasser eingeschlossene. Unser Stern sendet kontinuierlich 162.000 Terawatt Energie in die Erdatmosphäre, von denen 39.000 Terawatt in den Weltraum zurückprallen. Das bedeutet, dass eine Nettoressource von 123.000 Terawatt verfügbar ist und ungefähr 10.000 Mal größer ist als die gesamte Energie, die Menschen absichtlich verbrauchen, um Strom zu erzeugen, Gebäude zu heizen, Feueröfen und alles zu transportieren. Diese Photonengrenze erstreckt sich weit, aber im Gegensatz zum Louisiana-Kauf von 1803 erkennt das Gesetz vieles davon als bereits Besitz an.
Ob privat oder als Gemeingut, Stadtbewohner, insbesondere Schwarze und Braune, die von Energieansprüchen und Entscheidungen ausgeschlossen sind, sind bereit, sich die nicht angeeigneten Solarressourcen anzueignen.
Die Landwirte und Gärtner in den ländlichen und vorstädtischen Gebieten der Vereinigten Staaten beanspruchen jeden Tag Sonnenstrahlen auf ihrem Privatgrundstück, aber Städte und Gemeinden nutzen diese Ressource selten. Alltägliche urbane Zentren verschwenden das Terawatt Sonnenlicht, das ignoriert wird auf die kargen Staubschüsseln aus Parkplätzen und Dächern. Inzwischen leben große Populationen von Schwarzen und Braunen von Energieansprüchen und -entscheidungen ausgeschlossen und leben neben und unter diesen Oberflächen. Stadtbewohner könnten die Grenzgänger dieser großstädtischen Photonengrenze sein. Privat oder als Gemeingut stehen sie bereit, sich die nicht angeeigneten Sonnenressourcen anzueignen.
Vielleicht wurde das Sonnenlicht noch nicht stärker genutzt, weil es als Ressource oder als sonstiges schwer einzuschätzen ist Sache überhaupt. Es liegt nicht still vor dem Vermessungskompass und dem Siedlerpflug. Es rauscht vorbei, von den Werkzeugen der Physik und Astronomie kaum als Welle und Teilchen begriffen. In den 1920er Jahren gab der Begriff &ldquophoton&rdquo dem Licht eine minimale Form und bezeichnete ein Konzept, das Einstein erstmals 1905 beschrieben hatte. Photonentorpedos und der wandelnde, photonische Roboter folgten dank der Schöpfer von Star Trek und seine Fortsetzungen. &bdquoIch bin ein mysteriöses Ding, masselos, aber mächtig&rdquo schreibt Kim Stanley Robinson aus der Perspektive eines Photons in seinem Klimaroman Das Ministerium für die Zukunft. Wirklich mächtig, da Photonen tatsächlich Elektronen in den Siliziumwafern eines Photovoltaik-(PV)-Panels abschütteln. Trotz all dieser photonischen Mehrdeutigkeit produzieren Photonen etwas, das wir können messen, und zwar sehr gut: Watt, Kilowatt, Megawatt, Gigawatt und schließlich Terawatt.
Natürlich geben Watt keine Sonnenlichtmasse, aber sie korrelieren Sonnenlicht mit der Oberfläche. An einem klaren Julitag in New Jersey zum Beispiel werden 5 oder 6 Kilowattstunden Photonen auf jeden Quadratmeter meiner Dachpaneele einschlagen. Bei einem Wirkungsgrad von etwa 20 Prozent erzeugt dieser Quadratmeter rund 1 Kilowattstunde pro Tag. Befürworter der Solarenergie bezeichnen solche Zahlen als Solarreserven und verwenden dieselbe Sprache wie die Bergbau- und Erdölindustrie. Solare Reserven werden in Megawattstunden gemessen und nicht in Tonnen oder Barrel wie Öl oder Kohle, aber sie sind immerhin Reserven von Zeit und nicht von Volumen.
Szenarien für die Energiewende, einschließlich des Green New Deal, haben meist Einkaufszentren, Parkplätze und die urbanen Vereinigten Staaten insgesamt übersehen.
Laut Brian Ross vom Great Plains Institute verfügen die meisten Städte über oberflächliche Sonnenreserven, die ausreichen, um 25 % ihres jährlichen Stromverbrauchs zu decken. Diese große Bandbreite an jährlichen Gigawattstunden bedeutet eine potenzielle Jahresproduktion. Betrachten Sie es als den Ertrag an raffiniertem Eisen oder Benzin – treffender als Getreideernte. In den Great Plains, über dem Maisland von Minnesota, befinden sich 96 Hektar Dächer und Parkplätze und die Mall of America. Das ist ein Teil von 145.000 der Fläche, die benötigt wird, um den jährlichen Stromverbrauch Amerikas zu decken. Wir haben fast 145.000 Einkaufszentren in den Vereinigten Staaten sowie mehr als 19.000 Städte und Dörfer. Diese könnten &ndash sein, um den inspirierten Namen von Minnesota &rsquos Metropolitan Council &rsquos Solar Dataset &ndash&ldquosurface[s] mit Absicht zu zitieren.&rdquo
Bisher haben Szenarien für die Energiewende jedoch meist Einkaufszentren, Parkplätze und die urbanen USA insgesamt übersehen. Die meisten Befürworter des Green New Deal wollen Paneele auf den Dächern von Einfamilienhäusern, Vorstadthäusern oder auf dem Boden in den Vororten und darüber hinaus montieren. Princeton University &ldquoNet Zero America&rdquo&mdash der bisher detaillierteste Plan für die Aufstellung von Solar- und Windparks&mdashexe schließt alle Gebiete mit einer Bevölkerungsdichte von mehr als 100 Einwohnern pro Quadratkilometer ein und besteht auf einer 500-Meter-Paneel-freien Pufferzone und einer 1-Kilometer-Turbinen-freien Pufferzone. Diese Maßnahmen zur Flächendichte und paneelfreien Pufferzonen sind ungerechtfertigt&mdash, obwohl schnell drehende Rotorblätter ein physisches Risiko darstellen, PV-Module nicht. Trotzdem haben sich Nachbarn von Solarparks beschwert und protestiert. Im Bundesstaat New York, schreibt Jim Shultz, protestieren „Rebellen für erneuerbare Energien&rdquo gegen den Ersatz von Heufeldern durch bodenmontierte Platten.
Eine städtische Rebellion gegen die Solarenergie auf dem Dach hat es jedoch noch nicht gegeben. New Yorker und Los Angelinos fordern keine Pufferzone. Im Gegenteil, städtische Hausbesitzer und Mieter fordern den Zugang zu Solarinfrastruktur. Sie wissen, dass Siliziumschichten die Stromrechnung senken und die Elektronen am Fließen halten würden. Darüber hinaus könnte Solarenergie in einer Krise wie dem jüngsten Wintersturm, der Kohle, Gas und das Stromnetz in Texas zerstörte, Leben retten.
Urbane Hausbesitzer und Mieter fordern Zugang zu Solarinfrastruktur. Jetzt ermöglichen Vereinbarungen, die als "Gemeinschaftssolar" bezeichnet werden, Gruppen von Hausbesitzern, Ressourcen und Dachflächen zu bündeln.
So könnte Energiedemokratie aussehen. Sein Vorläufer&mdasha-Verlagerung weg von Versorgungsunternehmen&mdash begann vor mehr als zwanzig Jahren, als die Bundesregierung und einige Bundesstaaten Eigenheimbesitzer subventionierten, um Paneele auf ihren Dächern anzubringen. Ich habe zweiundzwanzig davon installiert. Von dieser ersten Solarisierungswelle profitierten vor allem wohlhabende Amerikaner: diejenigen, die Einfamilienhäuser mit großen, barrierefreien Dächern besaßen. Einige wenige Glückliche senkten ihre Stromrechnungen auf fast Null und verkauften Gutschriften für erneuerbare Energien aus der Solarenergie zurück an das Netz. Dann, vor rund zehn Jahren, forderten Bewohner von Mehrfamilienhäusern und andere Bewohner mit niedrigem und mittlerem Einkommen ein Stück vom Kuchen. Jetzt ermöglichen Vereinbarungen, die als "Gemeinschaftssolar" bezeichnet werden, Gruppen von Hausbesitzern, Ressourcen und Dachflächen zu bündeln. In einigen Fällen können Mieter Solaranlagen an anderer Stelle kaufen. Um die Sache noch besser zu machen, können Urban Panels als Insel-Mikronetz betrieben werden. Dies bedeutet, dass, wenn das Netz ausfällt, möglicherweise aufgrund eines kohlenstoffbedingten Hurrikans oder eines Brandes, die städtische PV die Energieversorgung von Millionen gefährdeter Menschen mit Energie versorgen kann.
Was sind also die Anreize, all das lebensrettende Silizium an den Rand der Vorstadt und darüber hinaus zu verbannen? Ähnlich wie die meisten Entscheidungen getroffen werden, ist die Remote-Installation effizienter und vorteilhafter für die Investoren und Chefs der Branche. Investoren legen lieber 22.000 Platten zusammen auf den Boden, als 1.000 verstreute Dächer zu erklimmen. Jedes Dach erfordert mehr ausgebildete Mitarbeiter und möglicherweise gewerkschaftlich organisierte Elektroarbeiter, die faire Löhne von Installateuren fordern, einem aufstrebenden Oligopol, das sich aus Sunrun, Sunnova und einigen anderen Firmen zusammensetzt. Für diese Firmen beginnt die Solarinvestitionsgrenze genau dort, wo die Landgrenze beginnt: 500 Meter hinter dem letzten Lagerhaus, Parkplatz, Gewerkschaft und Gemeinde.
Um die Idee der öffentlichen Kontrolle des städtischen Sonnenlichts in die Praxis umzusetzen, müssten Solarrechte von Landrechten getrennt werden, so wie es jetzt Wasserrechte gibt. Photonen regnen aus dem Weltraum, sodass man sie praktisch unabhängig vom Boden ernten kann. Über einem Parkplatz zum Beispiel fangen PV-Überdachungen das Sonnenlicht in der Luft ab, bevor es auf den Asphalt trifft. Auf dem Dach montierte Panels fangen ansonsten dachgebundene Photonen ein. Wer Bürgersteige und Schindeln besitzt, ohne Solarressourcen produktiv zu nutzen, hat diese Möglichkeit seit mehr als fünf Jahren vernachlässigt. Sie haben ihren Anspruch verwirkt, wie es der abwesende Charles Ingalls in Minnesota getan hat. In diesem Fall müssen diese Landnutzer jedoch nicht woanders hinziehen. Sie verschwenden Watt statt Hektar. Wenn sie die solare Ressource nicht nutzen wollen, sollten Vertreter der Öffentlichkeit lediglich ein Panel zwischen ihre eigenen Oberflächen und den Himmel schieben. Dies ist ein überraschend einfaches Manöver. Anwälte und Gesetzgebung machen feine Unterschiede zwischen Boden, Mineralien und Wasser. Diese Ressourcen haben alle unterschiedliche Zwecke, und verschiedene Parteien können sie innerhalb des nominell gleichen ländlichen Acre besitzen. Ebenso kann in der Stadt eine Person eine Wohnung im Erdgeschoss besitzen, eine andere die Wohnung darüber und eine dritte das Grundstück unter beiden. Sonnenlicht ist das leere Penthouse.
Um diese Idee in die Praxis umzusetzen, müssten Solarrechte von Landrechten getrennt werden, so wie es jetzt Wasserrechte gibt. Photonen können aber bereits bodenunabhängig eingefangen werden.
Wenn Sie noch nicht überzeugt sind, dann lassen Sie uns einige Grad aus der Vertikalen drehen. Die meisten von uns würden einwenden, wenn ein neuer Wolkenkratzer unsere Nachbarschaft überschattet, da wir der Meinung sind, dass der Bewohner einer Wohnung ein Anrecht auf etwas Sonnenlicht und zumindest auf Strahlen hat, die seit langem schräg oder horizontal über angrenzende Flachdächer gefallen sind. Dies sind natürlich harte Kämpfe, und der Entwickler gewinnt oft. In New York zum Beispiel veranstalten Unterstützer des Brooklyn Botanical Garden einen &bdquoKampf um das Sonnenlicht&rdquo, da verglaste, lichthungrige Kakteen bald unter den Schatten eines Turms fallen könnten, der 150 Meter entfernt gebaut werden soll. Im Vereinigten Königreich würden sich die Sukkulenten wahrscheinlich vor Gericht durchsetzen. Der britische Law and Property Act von 1925 erkennt ein Recht auf „alte Lichter&rdquo an, ein Recht, das bereits 1663 im Common Law vorhanden ist. Alt bedeutet hier nicht sehr alt: irgendein Fenster any 20 Jahre oder länger in Position sein, und jede Person oder Zimmerpflanze dahinter hat das Recht, einen garantierten Photonenstrom zu genießen. Wehe dem Hausbesitzer, der ein Fenster mit Brettern vernagelt. Sie verliert ihre Rechte auf Strahlen. Ebenso dürfen Hochhäuser auf schlichte, fensterlose Wände Schatten werfen. Dies ist die Regel für die Erfassung in der Praxis: Das erste Fenster, das vor Sonnenlicht gelegt wird, bekommt diese Photonen. Betrachten Sie nun PV-Module ähnlich wie flach oder fast liegende Fenster. In jedem Winkel sollte die gleiche Regel gelten: Verwenden Sie Sonnenlicht oder verlieren Sie es.
In der Sprache der Gehöfte würde ungenutztes Sonnenlicht „zurückverwandeln&rdquo in die Gemeinfreiheit&ndash, aber wie würde dies in der Praxis aussehen? Um ungenutztes Sonnenlicht von der Öffentlichkeit zu nutzen, brachten Stadtarbeiter Leitern zu den Gebäuden, kletterten auf die Dächer, schlugen Paneele auf freie Flächen und verkabelten sie mit dem Stromnetz. (Amazon, wenn Sie dies lesen, möchten Sie vielleicht jetzt alle Ihre Lagerhallen präventiv mit Solarstrom versorgen, für Ihren eigenen kostenlosen Strom, solange Sie noch die Möglichkeit haben.) Wenn die Stadt nett spielen will, gibt sie Dachbesitzern &mdashsay , Walmart oder Donald Trump&mdasha Chance, PV zu ihrem eigenen Vorteil zu installieren und Stromrechnungen zu sparen. Ein öffentliches Versorgungsunternehmen wäre gut aufgestellt, um die Bedrohung zu stellen und die „umgekehrten&rdquo-Photonen bei Bedarf in Elektronen umzuwandeln. Bleiben wir in New York, wo Aktivisten versuchen, ein Versorgungsunternehmen namens Public Power NYC zu gründen. Die Stadtbewohner würden ihren Strom demokratisch besitzen und kontrollieren. Nachdem die Investoren und Gewinnmitnahmen, die die meisten Versorgungsunternehmen behindern, beseitigt wurden, könnte die Körperschaft den Strompreis senken und seine Verfügbarkeit für Einwohner mit niedrigem Einkommen garantieren. Public Power NYC könnte auch photonische Oberflächen in den fünf Bezirken beschlagnahmen und wiederverwenden. In jedem dieser Arrangements würden gewählte Autoritäten die PV-Module und andere Infrastruktur besitzen und damit eine zentrale Forderung der Energiedemokratie erfüllen.
Aber es gibt auch andere Modelle. Nach der Wiederaneignung der Solarrechte von Photonenverschwendern konnten Uncle Sam und lokale Regierungen die Karottenseite des Homestead Act wiederbeleben. Öffentliche Stellen können Dachpachtverträge an Dritte vergeben. Als Antragsteller für diese Leistungen könnten Sunrun und Co. ihren Fußabdruck erweitern. Die Einführung einer 160-Hektar-Grenze würde jedoch solche Big Player ausschließen und Platz für Solargeneratoren im Nachbarschaftsmaßstab schaffen. Vielleicht könnten &mdashas in einem anderen Planke der Energiedemokratie&mdashcommunity-Energiegenossenschaften Paneele kaufen und sie auf Dachstühlen installieren. Die Genossenschaft würde die Kosten für die Anmietung von Flächen sparen und diese Einsparungen in Form von billigerem Strom an die Bewohner weitergeben und gleichzeitig ein zuverlässiges Mikronetz bieten, wenn das Hauptnetz ausfällt. Insbesondere in schwarzen und farbigen Gemeinschaften kann solares Homesteading das bieten, was die Rechtswissenschaftlerin Shalanda Baker &ldquotransformationelle Gerechtigkeit im Energiesystem nennt.&rdquo
Die Formen des solaren Homesteading reichen dann von der reinen öffentlichen Aufgabe bis zum vollen öffentlichen Eigentum. Wie auch immer, wir kommen lebendig heraus und üben ein gewisses Maß an bürgerlicher Autorität über Energie aus.
Im Geiste dieser &ldquoEnergierevolution&rdquo könnte der Homestead Act auch gewaltlosen zivilen Ungehorsam rechtfertigen. Das Gesetz hat es schon. Am Ende legalisierte Homesteading eine Praxis, die sich kaum von Hausbesetzungen unterschied. Der Siedler baute sein Haus und pflanzte seine Ernte im öffentlichen Bereich oder auf Indianerland an, ohne irgendjemanden einen Cent Miete zu zahlen. Für eine aktualisierte Version davon, die Vollständiger Leitfaden für Idioten zum Urban Homesteading beschreibt &ldquoguerilla gardening&rdquo als &ldquodass auf einem Land wächst, das dir gehört, ohne die Erlaubnis des Grundstückseigentümers einzuholen.&rdquo Manche &ldquoguerilla-Projekte [sind] offen,&ldquo, schwärmt der Guide, &ldquomit prominenten öffentlichen Plätzen, die plötzlich in Gärten verwandelt werden.&rdquo in einem Mittelweg für Ernährungsdemokratie, was gar keine schlechte Idee ist. Aber elektrische und solare Hausbesetzungen erfordern mehr Technologie und Planung, die von Solarpunk-Science-Fiction skizziert wurden. In &ldquoMidsummer Night&rsquos Heist&rdquo von Commando Jugendstil und Tales from the EV Studio verkabeln Aktivisten Mailands Piazza della Scala mit Photovoltaik &ldquostelae.&rdquo Dawn versorgt sie mit Strom und füllt den Platz mit aufgenommener Musik.
Um Langstrecken-Solar-Squatting im Wilder-Stil zu entwerfen, muss man noch einiges mehr spekulieren. Betrachten Sie die verschmutzte, energiehungrige Zukunft von Paolo Bacigalupis Klimafiktion: Fossile Brennstoffe sind weg, Strom ist knapp, und verzweifelte Aasfresser handeln mit den greifbareren Äquivalenten von Kalorien oder aufziehenden &ldquokink-Quellen.&rdquo In diesem Zusammenhang ein unbewachtes Dach oder ein unbewachter Parkplatz Los bietet Gelegenheit. Um 5:00 Uhr kletterst du die Wände hoch oder über den Zaun. Sie richten Ihre tragbaren Sonnenkollektoren und Ihre Batterie ein. Sie laden diese Batterie mit Sonnenstrahlen auf und vermieten sie bei Sonnenuntergang an einen &bdquoschwangeren&rdquo, der Kühlschrankwatt für die Nacht benötigt. Im Morgengrauen sammelst du die Batterie und startest von vorne. Wenn Lithium und Silizium billiger werden, wenn Strom teurer wird, könnte die Photonen-Landwirtschaft die Höllenlandschaft von 2100 dominieren. Oder im Jahr 2021 geschickte, buchstäblich fotogene Aktionen, mit der heutigen Ausrüstung, die Energiedemokratie einführen könnten. (Tatsächlich hätten Texaner diese Technik während ihres schrecklichen Stromausfalls anwenden können, als die Sonne weiter schien und die Stromraten auf das 75-fache des Normalwertes anstiegen.) Wir haben die Wahl, jetzt oder später zu handeln. Wenn wir jetzt Solarkniebeugen für Utopie machen, könnten unsere Enkelkinder Solarkniebeugen unter Dystopie sein.
Ab 1862 machte die Heimarbeit die Prärie für viele Menschen, die sonst keinen Zugang zu Land hatten, landwirtschaftlich produktiv. Dieses koloniale Vehikel überwand die Beschränkungen des Marktes und des Privateigentums. Es diente den weißen Amerikanern mehr, aber nicht, wenn man die amerikanischen Ureinwohner bedenkt, das größeres Gutes. Heute versucht der Green New Deal das Gleiche zu tun, Infrastruktur und Landnutzung zum Wohle der Allgemeinheit umzugestalten. Privates Eigentum und Marktkräfte können helfen, aber nur allmählich. Der rasche Übergang weg von Kohlenwasserstoffen hin zu erneuerbaren Energien erfordert eine zentrale Planung und Verwaltung. Für viele Amerikaner ist ein solcher Sozialismus ein Deal-Breaker. Sie würden lieber unsere gegenwärtige politische Ökonomie bewahren als die Bedingungen für menschliches und nicht-menschliches Leben. Diese Haltung klingt absurd. Nichtsdestotrotz, ein Rechts-Links-Kampf&ndash&ldquoKapitalismus gegen das Klima&rdquo, wie Naomi Klein ein kürzlich erschienenes Buch untertitelt&mdashis bereits im Gange.
Viele Amerikaner würden lieber unsere gegenwärtige politische Ökonomie bewahren als die Bedingungen für menschliches und nicht-menschliches Leben. Aber es gibt dritte Optionen und unerwartete Kombinationen, die sie vom Gegenteil überzeugen könnten.
Aber es gibt dritte Optionen und unerwartete Kombinationen. Mit ein wenig Fantasie können Befürworter erneuerbarer Energien das Homesteading und andere Siedlerpraktiken für eine ganz andere Bevölkerung und für städtische Mieter mit unterschiedlichem Hintergrund umrüsten. Lassen Sie mich die förderliche Logik wiederholen: 1) Sonnenlicht ist eine materielle Ressource 2) Besitzer großer Flächen ohne Vegetation, PV-Module oder zumindest Liegestühle verschwenden diese Ressource 3) im Interesse des öffentlichen Wohls, der Regierung oder des Klimas -denkende Gruppe sollte solche Ressourcen ergreifen und sie nutzen, um die Energiewende voranzutreiben und Leben zu retten. Diese drei Prinzipien können Richtlinien unterschiedlicher Stärke bestimmen. Am weniger energischen Ende können Gemeinden die Installation von Paneelen an allen geeigneten, nicht beschatteten Neubauten ermutigen, schmeicheln und schließlich darauf bestehen. In direkterer Weise können sich Gemeinden auf eine bedeutende Domäne berufen, um nicht ausgelastete Dächer zu beschlagnahmen. Sogar die Bedrohung durch eine bedeutende Domäne könnte dazu führen, dass sich Lagerhäuser und große Kisten bilden. Amazon installiert hier und da langsam Panels. Mit einem kleinen Schub der Regierung könnte die Firma, die fast alles an einem Tag versendet, auch Elektronen mit Lichtgeschwindigkeit von den höchsten „Fulfillment-Zentren&rdquo auf fünf Kontinenten verschicken. Das wäre ein sehr kapitalfreundliches Mittel, um eine Klimaapokalypse zu vermeiden. Am anderen Ende der Skala können Besetzungen und Hausbesetzerbewegungen zu einer bezahlbaren Solarerzeugung in Genossenschaftsbesitz führen und auch dazu beitragen, eine Klimaapokalypse zu vermeiden.
Die Formen des solaren Homesteading reichen dann von der reinen öffentlichen Aufgabe bis zum vollen öffentlichen Eigentum. Wie auch immer, wir kommen lebendig heraus und üben ein gewisses Maß an bürgerlicher Autorität über Energie aus. Der Klimanotstand erfordert Maßnahmen. Der Green New Deal könnte und sollte diese Aktionsform umfassen. Sonnenlicht fällt gerade unbeansprucht irgendwohin. Wie Pa zu Laura Ingalls Wilder sagte, &ldquolet&rsquos nehmen es.&rdquo
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Einfallendes Sonnenlicht
Alle Materie im Universum mit einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt (der Temperatur, bei der alle atomaren oder molekularen Bewegungen aufhören) strahlt Energie über einen Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums ab. Je heißer etwas ist, desto kürzer ist seine Spitzenwellenlänge der abgestrahlten Energie. Die heißesten Objekte im Universum strahlen hauptsächlich Gammastrahlen und Röntgenstrahlen aus. Kühlere Objekte emittieren hauptsächlich längerwellige Strahlung, darunter sichtbares Licht, thermisches Infrarot, Radio und Mikrowellen.
Die Oberflächentemperatur der Sonne beträgt 5.500 ° C, und ihre Spitzenstrahlung liegt im sichtbaren Wellenlängenbereich des Lichts. Die effektive Temperatur der Erde und die Temperatur, die sie aus dem Weltraum betrachtet, beträgt -20 ° C, und sie strahlt Energie ab, die ihren Höhepunkt in thermischen Infrarotwellenlängen erreicht. (Abbildung nach Robert Rohde.)
Glühbirnen strahlen 40 bis 100 Watt. Die Sonne liefert 1.360 Watt pro Quadratmeter. Ein der Sonne zugewandter Astronaut hat eine Fläche von etwa 0,85 Quadratmetern, erhält also Energie in Höhe von 19 60 Watt Glühbirnen. (Foto & Kopie 2005 Paul Watson.)
Die Sonnenoberfläche hat eine Temperatur von etwa 5.800 Kelvin (etwa 5.500 Grad Celsius oder etwa 10.000 Grad Fahrenheit). Bei dieser Temperatur ist die meiste Energie, die die Sonne ausstrahlt, sichtbares und nahes Infrarotlicht. Bei der durchschnittlichen Entfernung der Erde von der Sonne (etwa 150 Millionen Kilometer) beträgt die durchschnittliche Intensität der Sonnenenergie, die die Spitze der Atmosphäre direkt der Sonne zugewandt erreicht, nach Messungen des neuesten NASA-Satelliten etwa 1.360 Watt pro Quadratmeter Missionen. Diese Energiemenge wird als die gesamte Sonneneinstrahlung bezeichnet. (Bevor Wissenschaftler entdeckten, dass sie während des Sonnenfleckenzyklus geringfügig variiert, wurde die gesamte Sonnenstrahlung manchmal als “die Sonnenkonstante” bezeichnet.)
Ein Watt ist ein Maß für die Leistung oder die Energiemenge, die etwas im Laufe der Zeit erzeugt oder verbraucht. Wie viel Leistung sind 1.360 Watt? Eine Glühbirne verbraucht zwischen 40 und 100 Watt. Eine Mikrowelle verbraucht etwa 1000 Watt. Wenn Sie für nur eine Stunde die gesamte Sonnenenergie, die auf einem einzigen Quadratmeter an der Spitze der Atmosphäre direkt der Sonne zugewandt ankommt, einfangen und wiederverwenden könnten – ein Bereich, der nicht breiter ist als die ausgestreckte Armspanne eines Erwachsenen, die Sie haben würden genug, um den ganzen Tag einen Kühlschrank laufen zu lassen.
Die gesamte Sonnenstrahlung ist die maximal mögliche Leistung, die die Sonne einem Planeten in der durchschnittlichen Entfernung der Erde von der Sonne liefern kann. Die grundlegende Geometrie begrenzt die tatsächliche Sonnenenergie, die von der Erde abgefangen wird. Nur die Hälfte der Erde wird gleichzeitig von der Sonne beleuchtet, was die gesamte Sonnenstrahlung halbiert.
Energie aus Sonnenlicht wird nicht gleichmäßig über die Erde verteilt. Eine Halbkugel ist immer dunkel und empfängt überhaupt keine Sonnenstrahlung. Auf der Tageslichtseite erhält nur der Punkt direkt unter der Sonne die volle Sonneneinstrahlung. From the equator to the poles, the Sun’ rays meet Earth at smaller and smaller angles, and the light gets spread over larger and larger surface areas (red lines). (NASA illustration by Robert Simmon.)
In addition, the total solar irradiance is the maximum power the Sun can deliver to a surface that is perpendicular to the path of incoming light. Because the Earth is a sphere, only areas near the equator at midday come close to being perpendicular to the path of incoming light. Everywhere else, the light comes in at an angle. The progressive decrease in the angle of solar illumination with increasing latitude reduces the average solar irradiance by an additional one-half.
The solar radiation received at Earth&rsquos surface varies by time and latitude. This graph illustrates the relationship between latitude, time, and solar energy during the equinoxes. The illustrations show how the time of day (A-E) affects the angle of incoming sunlight (revealed by the length of the shadow) and the light’s intensity. On the equinoxes, the Sun rises at 6:00 a.m. everywhere. The strength of sunlight increases from sunrise until noon, when the Sun is directly overhead along the equator (casting no shadow). After noon, the strength of sunlight decreases until the Sun sets at 6:00 p.m. The tropics (from 0 to 23.5° latitude) receive about 90% of the energy compared to the equator, the mid-latitudes (45°) roughly 70%, and the Arctic and Antarctic Circles about 40%. (NASA illustration by Robert Simmon.)
Averaged over the entire planet, the amount of sunlight arriving at the top of Earth’s atmosphere is only one-fourth of the total solar irradiance, or approximately 340 watts per square meter.
When the flow of incoming solar energy is balanced by an equal flow of heat to space, Earth is in radiative equilibrium, and global temperature is relatively stable. Anything that increases or decreases the amount of incoming or outgoing energy disturbs Earth’s radiative equilibrium global temperatures must rise or fall in response.
Reflecting sunlight could cool the Earth's ecosystem
Published in the Proceedings of National Academy of Sciences, researchers in the Climate Intervention Biology Working Group -- including Jessica Hellmann from the University of Minnesota Institute on the Environment -- explored the effect of solar climate interventions on ecology.
Composed of climate scientists and ecologists from leading research universities internationally, the team found that more research is needed to understand the ecological impacts of solar radiation modification (SRM) technologies that reflect small amounts of sunlight back into space. The team focused on a specific proposed SRM strategy -- referred to as stratospheric aerosol intervention (SAI)) -- to create a sulfate aerosol cloud in the stratosphere to reduce a portion of incoming sunlight and radiation. In theory, this cloud could be controlled in size and location.
SAI is like placing tiny reflective particles in the atmosphere to bounce a portion of the solar radiation back to space, so that some of the radiation does not reach -- and warm -- Earth.
The team emphasizes that greenhouse gas emissions reduction and conservation of biodiversity and ecosystem functions must be the priority.
"We are just starting to consider the risks and benefits of geoengineering, and it's critical that we include ecosystems in cost-benefit studies," said Hellmann, director at the U of M Institute on the Environment. "We should only pursue geoengineering if its benefits strongly outweigh its downsides. Because our efforts to stem climate change are modest and slow, the case for considering geoengineering is growing, and this paper represents the ecologists chiming in to the geoengineering conversation."
The complexity of cascading relationships between ecosystems and climate under SAI -- in combination with the timing, amount, length and termination of SAI scenarios -- means that SAI is not a simple thermostat that turns down the heat a couple of degrees. Other potential effects of SAI include shifts in rainfall and increases in surface UV rays. While SAI might cool an overheated Earth, it would not be able to counter all of the effects of rising atmospheric CO2, such as halting ocean acidification.
"When we approach complex questions like these, there is a broad scale, theoretical understanding of the inherent patterns of biodiversity across the surface of Earth, but this understanding is often informed by finer-scale experiments that test the biological and physical mechanisms underlying those patterns," said Phoebe Zarnetske, study co-lead and an associate professor in Michigan State University's Department of Integrative Biology and the Ecology, Evolution, and Behavior program.
"I hope the paper can convince ecologists that research about nature's responses to solar geoengineering is not just important, but also interesting -- touching on core ecological questions about topics as varied as photosynthesis and animal migration," said U of M alum Shan Kothari, who contributed to the study during his time at the College of Biological Sciences before going to the University of Montreal.
Kothari said that an example of how other scientists can consider the study's findings is to contemplate the unique conditions resulting from solar geoengineering scenarios that may aid or impede the ability for ecosystems to store carbon. He added that such research could help the international community consider solar geoengineering with a stronger awareness of the potential risks and benefits involved.
Study Your Yard's Sunlight
Get started by recording how much sunlight your yard receives over time. Assess light patterns every hour or two throughout the course of a day, noting where shadows fall and for how long. Keep in mind that in spring, bare-branched trees may give the illusion of sunny spots beneath, but once they leaf out, they often create heavy shade during summer and into fall. Buildings and walls also cast shadows consider those structures as you plot the sun&aposs path over your patch of earth.
Use marking flags or stakes to indicate light and shadow in your yard. Or you can create a light map on paper. Start with a few sheets of tracing paper, sketching a copy of your yard&aposs outline on each page. About two hours after sunrise, observe where light and shade fall and mark them on the tracing paper, noting the time. Repeat the process through the day, each time using a different sheet of paper. Stop recording about an hour before dusk. Use a pencil to mark shady sections of the yard on each page. Label sun and shade pockets to indicate whether they reflect morning or afternoon conditions. Layer the pages together, and you&aposll get an accurate picture of how much light your yard receives. Create a composite drawing to use as a one-page light map.
A Second Look at Sunlight
A year ago scientists everywhere were scrambling to get their minds around SARS-CoV-2, a novel coronavirus that caused the pandemic from which we are only now beginning to emerge. The world clung to every new development, every bit of science that could provide clues to managing life in the presence of this mysterious killer.
Many science-backed COVID-19 management concepts remain unchanged to this day: handwashing with soap and warm water disrupts the virus’ lipid membrane. Social distancing can attenuate the virus’s spread, ideally keeping it out of a host until it degrades. Other notions, such as droplet contact being the primary mode of transmission, were modified when emerging evidence showed that under certain conditions, the virus could remain suspended in air for extended periods of time.
In a letter in the Journal of Infectious Diseases, a team of researchers from UC Santa Barbara, Oregon State University, University of Manchester and ETH Zurich examines another of SARS-CoV-2’s well known characteristics — its vulnerability to sunlight. Their conclusion? It might take more than UV-B rays to explain sunlight inactivation of SARS-CoV-2.
The idea that an additional mechanism might be in play came when the team compared data from a July 2020 study that reported rapid sunlight inactivation of SARS-CoV-2 in a lab setting, with a theory of coronavirus inactivation by solar radiation that was published just a month earlier.
“The theory assumes that inactivation works by having UV-B hit the RNA of the virus, damaging it,” said UC Santa Barbara mechanical engineering professor and lead author Paolo Luzzatto-Fegiz. Judging from the discrepancies between the experimental results and the predictions of the theoretical model, however, the research team felt that RNA inactivation by UV-B “might not be the whole story.”
According to the letter, the experiments demonstrated virus inactivation times of about 10-20 minutes — much faster than predicted by the theory.
“The theory predicts that inactivation should happen an order of magnitude slower,” Luzzatto-Fegiz said. In the experiments, viruses in simulated saliva and exposed to UV-B lamps were inactivated more than eight times faster than would have been predicted by the theory, while those cultured in a complete growth medium before exposure to UV-B were inactivated more than three times faster than expected. To make the math of the theory fit the data, according to the letter, SARS-CoV-2 would have to exceed the highest UV-B sensitivity of any currently known virus.
Or, Luzzato-Fegiz and colleagues reasoned, there could be another mechanism at play aside from RNA inactivation by UV-B rays. For instance, UV-A, another, less energetic component of sunlight might be playing a more active role than previously thought.
“People think of UV-A as not having much of an effect, but it might be interacting with some of the molecules in the medium,” he said. Those reactive intermediate molecules in turn could be interacting with the virus, hastening inactivation. It’s a concept familiar to those who work in wastewater treatment and other environmental science fields.
“So, scientists don’t yet know what’s going on,” Luzzatto-Fegiz said “Our analysis points to the need for additional experiments to separately test the effects of specific light wavelengths and medium composition.”
Results of such experiments might provide clues into new ways of managing the virus with widely available and accessible UV-A and UV-B radiation. While UV-C radiation is proved effective against SARS-CoV-2, this wavelength does not reach the earth’s surface and must be manufactured. Although UV-C is presently used in air filtration and in other settings, its short wavelengths and high energy also makes UV-C the most damaging form of UV radiation, limiting its practical application and raising other safety concerns.
Co-author and UCSB mechanical engineering professor Yangying Zhu added that UV-A turning out to be capable of inactivating the virus could be very advantageous: there are now widely available inexpensive LED bulbs that are many times stronger than natural sunlight, which could accelerate inactivation times. UV-A could potentially be used far more broadly to augment air filtration systems at relatively low risk for human health, especially in high-risk settings such as hospitals and public transportation, but the specifics of each setting warrant consideration, said co-author Fernando Temprano-Coleto.
Research in this paper was conducted also by François J. Peaudecerf at ETH Zurich and Julien Landel at University of Manchester.
How should I think about sunlight for the purposes of analyzing the angles it makes w/ earth? - Astronomie
Satellite images are like maps: they are full of useful and interesting information, provided you have a key. They can show us how much a city has changed, how well our crops are growing, where a fire is burning, or when a storm is coming. To unlock the rich information in a satellite image, you need to:
- Look for a scale
- Look for patterns, shapes, and textures
- Define the colors (including shadows)
- Find north
- Consider your prior knowledge
These tips come from the Earth Observatory&rsquos writers and visualizers, who use them to interpret images daily. They will help you get oriented enough to pull valuable information out of satellite images.
Look for a Scale
One of the first things people want to do when they look at a satellite image is identify the places that are familiar to them: their home, school, or place of business a favorite park or tourist attraction or a natural feature like a lake, river, or mountain ridge. Some images from military or commercial satellites are detailed enough to show many of these things. Such satellites zoom in on small areas to collect fine details down to the scale of individual houses or cars. In the process, they usually sacrifice the big picture.
Images from the commercial WorldView-2 satellite (top) can show street by street details of the September 2013 flood in Boulder, Colorado, while the scientific Landsat 8 satellite (lower) can be zoomed in to give a city size scale. (Worldview-2 image based on data ©2013 DigitalGlobe. Landsat image by Jesse Allen and Robert Simmon, using data from the USGS Earth Explorer.)
NASA satellites take the opposite approach. Earth science researchers typically want a wide-angle lens to see whole ecosystems or atmospheric fronts. As a result, NASA images are less detailed but cover a wider area, ranging from the landscape scale (185 kilometers across) to an entire hemisphere. The level of detail depends on the satellite&rsquos spatial resolution. Like digital photographs, satellite images are made up of little dots called pixels. The width of each pixel is the satellite&rsquos spatial resolution.
Commercial satellites have a spatial resolution down to 50 centimeters per pixel. The most detailed NASA images show 10 meters in each pixel. Geostationary weather satellites, which observe a whole hemisphere at a time, are much less detailed, seeing one to four kilometers in a pixel.
Raw Landsat scenes (top) provide a landscape view, while MODIS (lower) provides a wider view. The images are from September 17 (Landsat) and September 14 (MODIS), 2013. (Landsat image by Jesse Allen and Robert Simmon, using data from the USGS Earth Explorer. MODIS image by Jeff Schmaltz LANCE/EOSDIS MODIS Rapid Response Team, GSFC.)
Depending on the image resolution, a city may fill an entire satellite image with grids of streets or it may be a mere dot on a landscape. Before you begin to interpret an image, it helps to know what the scale is. Does the image cover 1 kilometer or 100? What level of detail is shown? Images published on the Earth Observatory include a scale.
You can learn different things at each scale. For example, when tracking a flood, a detailed, high-resolution view will show which homes and businesses are surrounded by water. The wider landscape view shows which parts of the county or metropolitan area are flooded and perhaps where the water is coming from. A broader view would show the entire region&mdashthe flooded river system or the mountain ranges and valleys that control the flow. A hemispheric view would show the movement of weather systems connected to the floods.
GOES satellites offer a nearly full view of the Earth&rsquos disk. This image shows North and South America on September 14, 2013. (Image by the NASA/NOAA GOES Project Science Office.)
Look for patterns, shapes, and textures
If you have ever spent an afternoon identifying animals and other shapes in the clouds, you&rsquoll know that humans are very good at finding patterns. This skill is useful in interpreting satellite imagery because distinctive patterns can be matched to external maps to identify key features.
Bodies of water&mdashrivers, lakes, and oceans&mdashare often the simplest features to identify because they tend to have unique shapes and they show up on maps.
Other obvious patterns come from the way people use the land. Farms usually have geometric shapes&mdashcircles or rectangles&mdashthat stand out against the more random patterns seen in nature. When people cut down a forest, the clearing is often square or has a series of herring-bone lines that form along roads. A straight line anywhere in an image is almost certainly human-made, and may be a road, a canal, or some kind of boundary made visible by land use.
Straight lines and geometric shapes in this image of Reese, Michigan, are a result of human land use. Roads cut diagonally across the squares that define farm fields. (NASA Earth Observatory image by Jesse Allen and Robert Simmon, using ALI data from the NASA EO-1 team.)
Geology shapes the landscape in ways that are often easier to see in a satellite image. Volcanoes and craters are circular, and mountain ranges tend to run in long, sometimes wavy lines. Geologic features create visible textures. Canyons are squiggly lines framed by shadows. Mountains look like wrinkles or bumps.
These features can also affect clouds by influencing the flow of air in the atmosphere. Mountains force air up, where it cools and forms clouds. Islands create turbulence that results in swirling vortices or wakes in the clouds. When you see a line of clouds or vortices, they provide a clue about the topography of the land below.
Central Chile and Argentina offer a wide range of geographic features, including snow-covered mountains, canyons, and volcanoes. (NASA image courtesy Jeff Schmaltz LANCE/EOSDIS MODIS Rapid Response Team, GSFC.)
Occasionally, shadows can make it hard to tell the difference between mountains and canyons. This optical illusion is called relief inversion. It happens because most of us expect an image to be lit from the top left corner. When the sunlight comes from another angle (especially from the lower edge), the shadows fall in ways we don&rsquot expect and our brains turn valleys into mountains to compensate. The problem is usually resolved by rotating the image so the light appears to come from the top of the image.
Define Colors
The colors in an image will depend on what kind of light the satellite instrument measured. True-color images use visible light&mdashred, green and blue wavelengths&mdashso the colors are similar to what a person would see from space. False-color images incorporate infrared light and may take on unexpected colors. In a true color image, common features appear as follows:
Wasser
Water absorbs light, so it is usually black or dark blue. Sediment reflects light and colors the water. When suspended sand or mud is dense, the water looks brown. As the sediment disperses, the water&rsquos color changes to green and then blue. Shallow waters with sandy bottoms can lead to a similar effect.
Sunlight reflecting off the surface of the water makes the water look gray, silver, or white. This phenomenon, known as sunglint, can highlight wave features or oil slicks, but it also masks the presence of sediment or phytoplankton.
Sunglint makes it possible to see current patterns on the ocean&rsquos surface around the Canary Islands. (NASA image courtesy Jeff Schmaltz LANCE/EOSDIS MODIS Rapid Response Team, GSFC.)
Frozen water&mdashsnow and ice&mdashis white, gray, and sometimes slightly blue. Dirt or glacial debris can give snow and ice a tan color.
Pflanzen
Plants come in different shades of green, and those differences show up in the true-color view from space. Grasslands tend to be pale green, while forests are very dark green. Land used for agriculture is often much brighter in tone than natural vegetation.
In some locations (high and mid latitudes), plant color depends on the season. Spring vegetation tends to be paler than dense summer vegetation. Fall vegetation can be red, orange, yellow, and tan leafless and withered winter vegetation is brown. For these reasons, it is helpful to know when the image was collected.
The forests covering the Great Smoky Mountains of the Southeastern United States change colors from brown to green to orange to brown as the seasons progress. (NASA images courtesy Jeff Schmaltz LANCE/EOSDIS MODIS Rapid Response Team, GSFC.)
In the oceans, floating plants&mdashphytoplankton&mdashcan color the water in a wide variety of blues and greens. Submerged vegetation like kelp forests can provided a shadowy black or brown hue to coastal water.
Bare ground
Bare or very lightly vegetated ground is usually some shade of brown or tan. The color depends on the mineral content of the soil. In some deserts such as the Australian Outback and the southwestern United States, exposed earth is red or pink because it contains iron oxides like hematite (Greek for blood-like). When the ground is white or very pale tan, especially in dried lakebeds, it is because of salt-, silicon-, or calcium-based minerals. Volcanic debris is brown, gray, or black. Newly burned land is also dark brown or black, but the burn scar fades to brown before disappearing over time.
Städte
Densely built areas are typically silver or gray from the concentration of concrete and other building materials. Some cities have a more brown or red tone depending on the materials used for rooftops.
The contrast between Warsaw&rsquos modern and historic neighborhoods is easily visible by satellite. The new Stadion Narodowy is brilliant white. &Sacuteródmie&sacutecie (Inner City) was rebuilt after World War II and most areas appear beige or gray. But some neighborhoods rebuilt with older-style buildings, such as the red tile and green copper roofs of Stare Miasto (Old Town). (Image courtesy NASA/USGS Landsat.)
Atmosphäre
Clouds are white and gray, and they tend to have texture just as they do when viewed from the ground. They also cast dark shadows on the ground that mirror the shape of the cloud. Some high, thin clouds are detectable only by the shadow they cast.
Smoke is often smoother than clouds and ranges in color from brown to gray. Smoke from oil fires is black. Haze is usually featureless and pale gray or a dingy white. Dense haze is opaque, but you can see through thinner haze. The color of smoke or haze usually reflects the amount of moisture and chemical pollutants, but it&rsquos not always possible to tell the difference between haze and fog in a visual interpretation of a satellite image. White haze may be natural fog, but it may also be pollution.
Clouds, fog, haze and snow are sometimes difficult to distinguish in satellite imagery, as in this MODIS image of the Himalaya from November 1, 2013. (Image adapted from MODIS Worldview.)
Dust ranges in color, depending on its source. It is most often slightly tan, but like soil, can be white, red, dark brown, and even black due to different mineral content.
Volcanic plumes also vary in appearance, depending on the type of eruption. Plumes of steam and gas are white. Ash plumes are brown. Resuspended volcanic ash is also brown.
Colors in Context
Looking at a satellite image, you see everything between the satellite and the ground (clouds, dust, haze, land) in a single, flat plane. This means that a white patch might be a cloud, but it could also be snow or a salt flat or sunglint. The combination of context, shape, and texture will help you tell the difference.
For example, shadows cast by clouds or mountains can be easy to mistake for other dark surface features like water, forest, or burned land. Looking at other images of the same area taken at another time can help eliminate confusion. Most of the time, context will help you see the source of the shadow&mdasha cloud or mountain&mdashby comparing the shape of the shadow to other features in the image.
Find North
When you get lost, the simplest way to figure out where you are is to find a familiar landmark and orient yourself with respect to it. The same technique applies to satellite images. If you know where north is, you can figure out if that mountain range is running north to south or east to west, or if a city is on the east side of the river or the west. These details can help you match the features to a map. On the Earth Observatory, most images are oriented so that north is up. All images include a north arrow.
Consider your Prior Knowledge
Perhaps the most powerful tool for interpreting a satellite image is knowledge of the place. If you know that a wildfire burned through a forest last year, it&rsquos easy to figure out that the dark brown patch of forest is probably a burn scar, not a volcanic flow or shadow.
Land burned by Yosemite&rsquos Rim Fire is gray brown in comparison to the unburned brown and green landscape around it. See this linked map that helps differentiate between burned land and non-burned land. (NASA Earth Observatory images by Robert Simmon, using Landsat 8 data from the USGS Earth Explorer.)
Having local knowledge also allows you to connect satellite mapping to what&rsquos happening in everyday life, from social studies, economics, and history (for example, population growth, transport, food production) to geology (volcanic activity, tectonics) to biology and ecology (plant growth and ecosystems) to politics and culture (land and water use) to chemistry (atmospheric pollution) and to health (pollution, habitat for disease carriers).
For example, land ownership and land use policy is contrasted in the pair of images below. In Poland, small parcels of privately owned land surround the Niepolomice Forest. The government has managed the forest as a unit since the thirteenth century. While the canopy isn't a solid, unbroken green, the forest is largely intact. The lower image shows a checkerboard combination of private and public land near Washington&rsquos Okanogan-Wenatchee National Forest. The U.S. Forest Service manages the forest under a mixed use policy that preserves some forest, while opening other sections to logging. Lighter green areas indicate that logging has occurred on federal, state, or private land. Parcels of private land are much larger in this part of the western United States than in Poland.
Land use and conservation policies define the forest area in both Poland (top) and the U.S. state of Washington (lower). (NASA Earth Observatory images by Robert Simmon, using Landsat 8 data from the USGS Earth Explorer.)
If you lack knowledge of the area shown, a reference map or atlas can be extremely valuable. A map gives names to the features you can see in the image, and that gives you the ability to look for additional information. Several online mapping services even provide a satellite view with features labeled. Historic maps, such as those found at the Library of Congress or in the David Rumsey Map Collection, can help you identify changes and may even help you understand why those changes occurred.
Whether you are looking at Earth for science, history, or something else, also consider the Earth Observatory as a key resource. The site hosts a rich, deep archive of more than 12,000 interpreted satellite images covering a wide range of topics and locations. The archive includes images of natural events as well as more diverse featured images. If the Earth Observatory does not have an image of an area or topic that interests you, please let us know. We&rsquore always looking for new ways to explore our world from space.
How do plants protect themselves against too much sunlight?
That a switching protein plays a role in protecting a plant from too much sunlight was already known, but how exactly was not yet understood. The research group of Anjali Pandit has now discovered that this protein changes shape when there is too much sunlight. The results have been published in Naturkommunikation.
Plants need light, but in full sunlight so-called photodamage can occur: acidification takes place in the chloroplasts of the plant. The hypothesis is that the switch protein PsbS reacts to this acidification and sends a signal to the light antenna of the plant. This antenna then switches itself off and ensures that the bright sunlight shining on the plant is converted into heat, so that the plant is no longer damaged.
Chemist Anjali Pandit, her former Ph.D. candidate Maithili Krishnan of the Leiden Institute of Chemistry and researchers of VU Amsterdam have now discovered how the switching effect of the PsbS protein works: they discovered that the protein changes its shape when there is a surplus of sunlight. To this end, they made targeted mutations on the protein. Subsequently, using advanced NMR and infrared laser techniques, they managed to show where essential structural changes take place in the protein.
The protection mechanism in which the PsbS protein plays a crucial role is important for plants, but it also limits how efficiently a plant can convert sunlight into energy. Pandit: "That is why it is important that we learn more about the mechanisms behind photosynthesis. By tinkering with photosynthesis, for example by fine-tuning this protection mechanism against damage, we can improve crops. Think of a higher food production and a better tolerance against drought." Earlier research shows that tobacco plants with increased PsbS production yield 15 percent more biomass.
The next step is to find out how PsbS transmits a warning signal in the plant and how this leads to the adjustment of the photosynthesis reaction. For this, a team of researchers, of which Pandit is part of, will join forces with the help of a NWO ENW-GROOT grant from 2020. "With this kind of fundamental research, we hope to contribute to global food security in a changing climate."
Solar Cells: Costs, Challenges, and Design
Over the past 20 years, the costs associated with solar cells, the structures capable of converting light energy into electricity, have been steadily decreasing. The National Renewable Energy Laboratory, a US government lab that studies solar cell technology, estimates contributors to the increasing affordability of solar. They estimate that hard costs, the costs of the physical solar cell hardware, and soft costs, which include labor or costs to obtain required government permits, are about equal (Figure 1). Soft costs have decreased because there are more potential consumers and more installation experts for new solar cells, so companies can produce solar cells in bulk and install them easily. Hard costs are less than half of what they were in the year 2000, mostly due to decreasing material costs and an increased ability of cells to capture light. Engineering more cost-effective and efficient solar cells has required careful consideration of the physics involved in solar capture in addition to innovative design.
Abbildung 1: Costs associated with solar power. Solar cells become less expensive when the cost of the labor and materials use to build them go down, or when they become better at turning incoming light into electricity.
Because solar cells are used to convert light into electricity, they need to be composed of some material that’s good at capturing energy from light. This material can be sandwiched between two metal plates which carry the electricity captured from light energy to where it is needed, like the lights of a home or machines of a factory (Figure 2). Choosing the right material to capture light involves measuring the difference between two energy levels called the valence band and the conduction band. The lower-energy valence band is filled with many small negatively charged particles called electrons, but the higher-energy conduction band is mostly empty. When electrons are hit with particles of light, called photons, they can absorb enough energy to jump from the low-energy conduction band into the high-energy valence band. Once in the valence band, the extra energy in the electron can be harvested as electricity. It’s as if the electrons are sitting at the bottom of a hill (the conduction band) and being hit by a photon that gives them the energy to leap to the top (the valance band).
The amount of energy needed for electrons to jump into the valence band depends on the type of material. Essentially, the size of the metaphorical hill varies based on the properties of a given material. The size of this energy gap matters because it impacts how efficiently solar cells convert light into electricity. Specifically, if photons hit the electrons with less energy than the electron needs to jump from the valence band to the conduction band, none of the light’s energy is captured. Alternatively, If the light has more energy than is needed to overcome that gap, then the electron captures the precise energy it needs and wastes the remainder. Both of these scenarios lead to inefficiencies in solar harvesting, making the choice of solar cell material an important one.
Historically, silicon has been the most popular material for solar cells (Figure 2). One reason for this popularity lies in the size of the gap between silicon’s conduction and valence bands, as the energy of most light particles is very close to the energy needed by silicon’s electrons to jump the energy gap. Theoretically, about 32% of light energy could be converted into electric energy with a silicon solar cell. This may not seem like a lot, but it is significantly more efficient than most other materials. Additionally, silicon is also inexpensive. It is one of the most abundant elements on earth, and the cost of refining it has decreased dramatically since 1980. The solar cell and electronics industries have driven the decrease in purification cost as they have learned better bulk purification techniques to drive the demand of solar cells and consumer electronics.
Figur 2: Light energy capture in solar cells. When light hits a solar cell, it causes it causes electrons to jump into a conduction band, allowing the light energy to be harvested. Here yellow electrons (labeled e) move through the silicon atoms (labeled Si) in the solar cell when hit by a photon.
In addition to decreasing material costs, clever engineering tricks are pushing the efficiency of silicon solar cells closer to their theoretical maximum. In order for photons to be converted into energy, they must first collide with an electron. One trick to increase the likelihood of a photon/electron collision involves patterning the silicon in solar cells in microscopic pyramid shapes. When light is absorbed into a pyramid, it travels further, increasing the probability that the light will collide with the electrons in the silicon before escaping the cell.
In a similar tactic, chemists and material scientists have designed anti-reflective coatings to put on the front of solar cells to prevent useful light from being reflected back into space without ever hitting an electron in the solar cell. Likewise, putting a reflector on the back of the solar cell also allows more light to be harvested. The light that reaches the solar cell and makes it all the way through to the back without hitting an electron gets bounced to the front of the cell, giving the cell another chance of collecting the light.
Currently, the cost of silicon-based solar cells continues to decrease, and, despite predictions to the contrary, the cost of silicon itself continues to decrease. Silicon solar cells are likely to remain popular for the next few years. Alternatives to silicon solar cells have been developed but aren’t far enough along to be commercially viable.
Archangel Zadkiel
Archangel Zadkiel is known for helping students remember facts and figures for tests healing painful memories remembering your Divine spiritual origin and missions and choosing forgiveness.
In Jewish rabbinic writings, Zadkiel is described as the archangel who inspires forgiveness and compassion in people. In the Kabbalah, Zadkiel (as Tzadkiel) presides over the fourth, or Chesed, Sephirah on the Tree of Life. The Chesed sphere relates to practicing unconditional kindness and love as a manifestation of God upon Earth.
Zadkiel is one of the seven archangels in the Gnostic tradition, as well as in the Pseudo-Dionysius writings. Under his alternative name Zachariel, he was identified as one of the seven archangels by Pope Saint Gregory. Zadkiel has long been regarded as the “angel of memory,” who can support students and those who need to remember facts and figures.
When To Call On Archangel Zadkiel
Archangel Zadkiel’s dual focus upon forgiveness and memory can help you heal emotional pain from your past. The archangel can work with you on releasing old anger or feelings of victimhood so that you can remember and live your Divine life purpose. As you ask Zadkiel for emotional healing, he’ll shift your focus away from painful memories and toward the recollection of the beautiful moments of your life.
Archangel Zadkiel is a great healer of the mind, who gently leads you by the hand to take responsibility for your own happiness. He is also the keeper of the Violet Flame and is called on to transmute negative energys.
Farbe: Tiefes Violett
Gemstone: Amethyst
The Angelic Realm – About Angels, Communicating with Angels and the Nine Choirs of Angels
Angel Evening Dates and Locations – We run regular Angel Evenings in Essex, Bournemouth and Berkshire. These are informal events where we have guided meditation and Angelic Reiki taster sessions on request. It’s a great chance to come along and meet us and learn a little more about what we do.
Our Angelic Reiki Courses – View information on our Angelic Reiki workshops from beginner to practitioner level. Courses run regularly across the UK and occasionally in Europe and the USA.
