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夏と冬の太陽光の強さが違うのは、物理量で言うと、放射照度が違うからでしょうか、放射輝度が違うからでしょうか。

http://rikanet2.jst.go.jp/contents/cp0320a/conte …
https://www.nmij.jp/~photo-rad/opt-rad/outline/m …

このようなサイトを見て考えたのですが、分からなくなってきました。どなたか解説を、お願い致します。

A 回答 (4件)

すでに答えは出ているようですが、「放射輝度」と「放射照度」の違いに付いて


説明します。引用のURLの説明は
<有限の面積を有する光源を考える場合には、その単位面積当たりの
放射強度を考え、これを「放射輝度(Radiance)」といいます。>
<受光面の単位面積当りに入射する放射束の量を「放射照度(Irradiance)」
といいます。>
となっています。

「輝度」と「照度」の違いは、光を「光源の放射面」に付いて見るか、
それに照らされる「受光面」に付いて見るかです。

光源を太陽とし、その面を考えます。受光面をそれから離れた地球上の
面と考えてみます。それぞれの面の大きさを1km四方とします。
太陽の1km四方の面から光が垂直に10本の矢の様に出ているとすれば
放射輝度=10本の光線の矢/1平方キロメートル となります。
光線の矢が平行で、受光面に垂直に当るとすれば
照射強度=10本の光線の矢/1平方キロメートル となります。

太陽表面から出る光線の矢の数は四季を通じて変わりませんから、
放射輝度は常に一定です(太陽活動の変動は有っても極めて小さい)。

光線の矢と受光面のなす角をθとすると、光線の矢の束に相対する
受光面の面積は傾きθとともに増えてA/sinθとなります。
例えば、光源の面と受光面が平行(θ=π/2)なら、
光源面=受光面=1平方キロメートルで、
照射強度=10本の光線の矢/1平方キロメートル です。
光源の面に対し受光面が60°傾いている(θ=30°)なら
光源面<受光面=1平方キロメートル/sin30°=2平方キロメートルで、
照射強度=5本の光線の矢/1平方キロメートル
となります。

地球の地軸の傾きが23.4°ですから、上の例ほどでは無くとも、
四季により受光面積は大きく変わり、照射強度も変わります。

距離?? 
太陽と地球の大きな距離を考えれば、地軸の傾きの影響による
距離変動は無視できます。
地球の軌道が真円では無いことを考慮に入れても、無視できます。
太陽に地球が最も近い点と最も遠い点の距離の差は500万kmで、
太陽と地球の平均距離1億4960kmから見れば僅かです。
四季の太陽光の強さを説明するものではありません。
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この回答へのお礼

誠にありがとうございます。具体例を挙げて計算して頂き、非常によく分かりました。「放射照度」と「放射輝度」の違いは、「光源の放射面」について見るか、「受光面」について見るかという、根本的な違いがあったのですね。よく理解できました。
 なお、drmuraberg様のご回答中にあった、「照射強度」は、「放射照度」の間違いですね。似た言葉がいっぱい出てきますので、一応確認です。「放射強度」というのもありますので(測光量の「光度」に対応する。「放射照度」は、測光量では「照度」に対応しますが)。
----------
測光量 放射量
----------
光束 放射束
光度 放射強度
輝度 放射輝度
照度 放射照度
----------
という関係ですね。ご確認願います。
 ありがとうございました。

お礼日時:2015/03/12 07:58

距離が違うのが大きい要因です。


角度は当たる範囲が大きくなるだけで、
全熱量は変わりません
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この回答へのお礼

何の距離でしょうか、よく分かりませんでした。

お礼日時:2015/03/11 08:39

No.1です。

間違いがありました。

 真上から角度θだけ傾いた時というように角度をとると、「放射照度」は

    A × cosθ

ですね。(真上から照射するときに1、真横から照射するときに 0 )

 よくこういう間違いをします。角度のとり方の問題ですね。すみません。
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この回答へのお礼

そうですよね、cosθですよね、ANo.1を読んでいて、そこが引っかかっていました。再度のご回答、ありがとうございました。

お礼日時:2015/03/11 08:38

「単位面積当たりの光線の量」が違うからでしょう。


 リンク先の用語を使えば、「受光面の単位面積当りに入射する放射束の量を「放射照度(Irradiance)」といいます」というようなので、「放射照度」が違うということです。

 太陽が真上にあるときの「放射照度」をAとすると、真上から角度θだけ傾いた時の「放射照度」は

    A × sinθ

になりますね。地球上であれば、θは春分の日・秋分の日には「緯度」に等しくなります。

 太陽光の強さの点では、この角度の要因だけでなく、真上から角度θだけ傾いた時にはその分だけ「影」も長くなりますし、かつ通過する大気の厚さが増えますので大気中の塵や水蒸気で光線そのものが減衰します。

 また、温度の観点では、地上で吸収する太陽光からの熱量は日の出から日の入りまでの「放射照度」の積分値ですので、「放射照度」の大きさだけでなく、日の出時刻といった要因も関係します。
 従って、「夏」と「冬」の気候の差は単純に「放射照度」に比例するわけではありません。
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この回答へのお礼

放射照度ですか、放射輝度でないのはなぜでしょうか。「単純に放射照度に比例するわけではない」のは、よく分かりました。ありがとうございました。

お礼日時:2015/03/11 08:37

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