何故、冬寒く夏暑いの

Question

「何故、冬寒く夏暑いの」よくこの質問を見かけるのですが、その答えは地軸が23.4度傾いで太陽を公転しているから、地表の単位面積当たりの太陽からのエネルギー密度が冬は粗になりよって寒く、夏は密になるため暑くなるとのことです。

問１．太陽を点光源としてみた場合、常に太陽の垂直方向（三角錐の底面）に当たる位置に平板を置けば、その面のエネルギー密度は冬も夏も同じなので、冬夏関係なく同じ温度になるのではと考えるのですが、どこかおかしいでしょうか。（もし、太陽との距離が変わるのであれば、太陽からのエネルギー密度が距離の二乗に反比例するので、わかるのですが）

問２．もし、地表の温度がより影響しているのであれば、温室の中で、太陽の垂直方向に当たる位置に平板を置いたときはどうなるのでしょうか。

問３．宇宙空間では、暑さ寒さは太陽との距離だけなのですかね。

地軸の傾きが影響するのは理解しているのですが、問１のように問われると説明できないのです。どなたかおしえてください。

manno1966 · Accepted Answer

> 問１．どこかおかしいでしょうか。
はい。誤解をしています。
電灯に向けて、紙を光に当ててください。
斜めにすると、影の大きさが小さくなると思います。
影が小さくなるということは、受ける光の量が少なくなったということです。

> その面のエネルギー密度は冬も夏も同じなので、冬夏関係なく同じ温度になるのではと考えるのですが
密度が同じでも、総量が違えばエネルギー量が違うのは当然です。

例として考えます。
100CC・10℃の水を50℃まで暖めるのに、1000℃の炎を出すガスコンロで暖めるとします。
この時、ガスを毎分1立方メートル使用する時と、ガスを毎分10立方メートル使用する時とでは暖める時間に差が出ます。
ガスの炎の温度が同じだから、時間が同じということにはなりません。

「エネルギー密度は冬も夏も同じなので」というのは、この炎の温度が同じだから、使用するガスの量が違っても受け取る熱量に変化は無いというのと同じです。

> 問２．もし、地表の温度がより影響しているのであれば
問１が正しいと仮定しての質問ですよね。
正しくないので無意味とします。

> 問３．宇宙空間では、暑さ寒さは太陽との距離だけなのですかね。
単位面積当たりのエネルギーということなら、受け取るエネルギーの量は距離による変化が大きいですね。
ただ、遠くなればなるほど宇宙マイクロ波背景放射が無視できなくなるでしょう。

-9L9- · Answer

＞常に太陽の垂直方向（三角錐の底面）に当たる位置に平板を置けば
そういう仮定ならそうかもしれませんが、あいにく地球は球体なので、地面は太陽に垂直には向きません。

jetter128 · Answer

問１．地表は一点をのぞいて太陽光線に対して垂直ではありません。斜めになればなるほど、単位面積当たりに受けるエネルギー密度は小さくなるのでは。

since_1968 · Answer

太陽の光源を点で考えるのでなく、地球の３３万倍の大きさがあるので点の束（スパゲッティみたいな）と考えてください。
それが同じ面積の板（地面）に当たる場合、垂直と傾いた場合とでは光の当たる量が違いが出てきます。それで地面の温まり方が変わります。
また、地表は昼に熱せられて、夜に冷えるますから、日照時間の違いで夏は地表が温まる時間が長いため暑くなり、逆に冬は地表が冷える時間が長いから寒くなる

malaytrace · Answer

大気による吸収（通過する長さが変わる）と外気温の影響があるため、同じ温度は無理でしょう。ただ、太陽に正確に向けた板は斜めのものより温度は高くなるでしょうね。東向きの山の斜面なんて午前中から結構温かいですしね。
温室の気温が同じで、天候の影響等で太陽光の垂直面あたりの強さが同程度（低緯度は曇り、高緯度は晴天などで大気の吸収の差が相殺される場合）になれば太陽光に垂直な板は同じ程度の温度に熱せられると思います。
宇宙空間に素肌をさらす訳にはいきませんから、暑さ寒さは条件次第だと思いますが、例えば太陽に常に正対している太陽電池パネル面の温度なんていうことなら、パネルのモノが一緒なら温度は太陽との距離次第じゃないでしょうか。

manno1966 · Answer

追加です。
夏は太陽の出ている時間が長く、冬は短い。

例として、ガスコンロで暖めている時間を日中、火を止めて冷ましている時間を夜と仮定して考えます。
同じ温度同じ量の水をコンロで、
Ａ．３分間暖めて７分間火を止めて冷ます。
Ｂ．７分間暖めて３分間火を止めて冷ます。
ＡとＢの温度はどちらが高いと思いますか？

夏は太陽の出ている時間が夜の時間より多く、冬は逆であるので、冬のほうが寒くなりやすいといえます。

中緯度帯では昼の時間が短くなるだけですみますが、極地方の冬は、秋に太陽が沈んだら、次の日の出は春になってからというところも有ります。
寒くなるのも当然ですね。

極地方の夏は、一日中太陽が沈まないという状態になります。
地平線付近を太陽がずっと進むわけですが、太陽が真上に在る時とでは、地面が受け取るエネルギーが少なくなるので、「太陽が出ている時間が長い＝気温が高くなる」ではないことも理解できると思います。

manno1966 · Answer

> 虫眼鏡（レンズ）で太陽のエネルギーを（太陽に対し垂直な位置で）集光したとき、冬と夏で温度が同じになるか知りたかったのです。
ほぼ同じと考えてかまいません。

何故、冬寒く夏暑いの

＞常に太陽の垂直方向（三角錐の底面）に当たる位置に平板を置けば

問１．地表は一点をのぞいて太陽光線に対して垂直ではありません。

太陽の光源を点で考えるのでなく、地球の３３万倍の大きさがあるので点の束（スパゲッティみたいな）と考えてください。

大気による吸収（通過する長さが変わる）と外気温の影響があるため、同じ温度は無理でしょう。

> 問１．どこかおかしいでしょうか。

追加です。

> 虫眼鏡（レンズ）で太陽のエネルギーを（太陽に対し垂直な位置で）集光したとき、冬と夏で温度が同じになるか知りたかったのです。

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