問3 大気の影響がないとして，地球で，太陽から放射されたエネルギーを垂直に受ける…
（7 ・8 のどちらか1 題を選び解答する） 太陽や太陽系の惑星について，問1 ～問5 に答えよ。
問3 大気の影響がないとして，地球で，太陽から放射されたエネルギーを垂直に受ける1 m2 の面が1 秒間に受け取るエネルギーを太陽定数という。図のように，地球の半径をr［m］， 円周率をπ，太陽定数をa［J/（m2・s）］としたとき，地球が1 秒間に太陽から受け取るエネ ルギーの総量［J］を表したものとして最も適切なものを，下の1 ～4 のうちから一つ選べ。
太陽放射 図
- 1 4 aπr24πr2は球の表面積です。夜の側も含めてしまうので、受け取る量としては大きすぎます。
- 2 3 aπr23をかける理由がありません。使うのは断面積のπr2です。
- 3 2 aπr22πr2は表面積の半分にあたりますが、受け取る量は断面積で考えるのでπr2です。
- 4 aπr2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aをかけた値になります。
解説
正解は4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。地球が受け取るエネルギーの総量を考えるときは、地球の表面積ではなく、太陽の光をさえぎる断面積を使います。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。したがって受け取るエネルギーの総量はa×πr2、つまりaπr2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うので4倍になってしまいます。
出典：文部科学省ホームページ（https://www.mext.go.jp/a_menu/koutou/shiken/kakomon/1411255_00005.htm）を加工して作成