問4 図2 を参考にして地球が受ける太陽放射エネルギーの総量〔kW〕を求めたい。…
太陽放射エネルギーに関する問1 ～問4 に答えよ。 地球は太陽から膨大なエネルギーを電磁波として受け取っている。地球表層の自然や生物の営 みの多くは，この太陽放射のエネルギーに依存している。図1 は，地球大気の上端と地表で受け る太陽放射エネルギーを示したものである。地球大気の上端で，太陽光線に垂直な1 m2 の平面 が1 秒間に受けるエネルギー量を太陽定数とよび，その量は約1．37 kW/m2 である。また図2 は，地球が太陽放射を受ける様子を模式的に示したものである。 赤外線 波長 紫外線 Ａ Ｂ Ａ：地球大気の上端で受ける太陽放射エネルギー Ｂ：地表で受ける太陽放射エネルギー ア 放射エネルギー の強さ 相対的 図1 地球大気の上端と地表で受ける太陽放射エネルギー 太陽放射 地球 半径R 地球の断面 図2 地球が太陽放射を受ける様子
問4 図2 を参考にして地球が受ける太陽放射エネルギーの総量〔kW〕を求めたい。地球が受け る太陽放射エネルギーの総量について述べた文として最も適当なものを，次の1 ～4 のうち から一つ選べ。ただし，地球は半径R〔m〕の完全な球体とし，太陽定数をI〔kW/m2〕，円周 率をπ とする。
- 1 太陽定数と地球の表面積の積で，I × 4 πR2 となる。表面積を使うと、光が当たっていない夜の側まで数えることになり、4倍に大きく出ます。
- 2 地球表面の半分は夜だから，太陽定数と地球の表面積の半分の積で，I × 2 πR2 となる。昼の側は半球ですが、面は太陽に対して傾いているので、受ける量は半球の面積そのままにはなりません。
- 3 太陽光に垂直な面を考えるので，太陽定数と地球の断面積の積で，I × πR2 となる。太陽の光をさえぎる断面は半径Rの円なので、面積πR2に太陽定数Iをかけた値が総量です。
- 4 太陽定数と地球の体積の積で，I × 34 πR3 となる。体積を使うと単位が合いません。受け取るエネルギーは面積に比例します。
この問題は問題の図（写真・図・表など）を見て答えます。図はこちらに転載していないため、下の出典のページから公式のPDFをご覧ください。解説だけでも読み取り方が分かるように書いています。
解説
正解は3です。太陽定数は、太陽の光を垂直に受ける1m2の面が1秒間に受け取るエネルギーです。地球全体が受け取る総量を考えるときは、太陽の光をさえぎる断面の面積を使います。図2のとおり、太陽から見た地球は半径Rの円に見えるので、その面積はπR2です。したがって総量はI×πR2となります。表面積4πR2を使うと光の当たらない夜の側まで数えてしまい、体積を使うのは面積とは次元が合わないので誤りです。
出典：文部科学省ホームページ（https://www.mext.go.jp/a_menu/koutou/shiken/kakomon/1411255_00002.htm）を加工して作成