1 月は 7 月よりも太陽に 300 万マイル近くなります。それなのになぜ暑くないのでしょうか?

宇宙の幾何学について、私にはまったく理解できないことがあります。地球の軸の傾きが季節の理由であることは知っていますが、太陽から少し離れただけで冬に息が白く見えるのなら、なぜ太陽から 300 万マイルも近づいたときに自分の汗で溶けないのでしょうか。恒星から最も距離が短いとき、本当に暑くならないのでしょうか。もしそうなら、軸の 23.5° の傾きがなぜ問題になるのでしょうか。

毎年、太陽に最も近づく近日点のたびに、私はこれらの質問を Google で調べ直さなければなりません。北半球では 12 月 21 日が一年で最も日が短い日であるにもかかわらず、地球が一年で最も強い太陽光線を浴びる近日点に達するのは 1 月初旬です。地球全体で平均すると、1 月は 7 月よりも 7 パーセント強い太陽光線を浴びています。

しかし、太陽からの距離は、私たちが感じる気温と実際にはほとんど関係がないことが分かりました。それよりも、光が私たちに当たる角度の方がはるかに関係があるのです。

90° の角度で入ってくる光は、できるだけ直接的に当たります。北半球の真冬の太陽の光線は、赤道から 23.5° 下にある南回帰線にまっすぐ向いています。この帯が最も直接的な光を受けています。他の場所は斜めから当たっており、つまり、比喩的な光線の同じエネルギーがより広い範囲に分散され、特定の地点での加熱効果が弱まります。

1 マイル幅の光線を想像してみましょう (単純化のため、3 次元があることはしばらく忘れてください)。90 度の角度では、その光線は 1 マイルの部分を加熱するために全エネルギーを注いでいます。しかし、30 度の角度では、同じ光が 2 マイルにわたって広がるため、各ポイントでの強度は半分になります。小さな懐中電灯を使用すると、これをさらにわかりやすく視覚化できます。光線を垂直の紙に向けると、まっすぐな円が見えます。紙に角度をつけると、より拡散した楕円が見えます。これは、地球で起こっていることとほぼ同じですが、地球は丸く、ほとんどが岩でできています。

太陽が対流によって私たちを温めるのであれば、太陽との距離が近いことがより重要になります。高温のオーブンのように、対流は空気などの媒体を利用して熱をターゲットに運びます。しかし、宇宙は真空であり、対流熱を運ぶガスや液体がなければ、太陽は放射熱を使用する必要があります。電磁波は、到着時に熱くなってその熱を伝達するのではなく、到着時に空気や地球の分子を加熱するエネルギーを運びます。これは、焚き火で顔は熱くても背中は熱くならないのと同じ種類の加熱です。火は空気を温めているのではなく、エネルギー波を発して皮膚を熱くしているのです。太陽は常に 9000 万マイル以上離れているため、300 万回のクリックを加算または減算しても、私たちが気付くような放射熱の違いは生じません。

太陽光が強ければ強いほど、より多くのエネルギーを運び、より多くの放射熱を内包します。したがって、重要なのは太陽光線の強さであり、光源にどれだけ近いかではありません。北半球では 1 月の太陽光が弱く、また 1 日の暖房時間も短いため、北に行くほど冬は寒くなります。

しかし、このことから別の疑問が浮かび上がります。南半球の夏に光が強くなるということは、南半球の 1 月は南半球の 7 月よりも暑いということでしょうか?

驚くべきことに、光の強さが重要であると具体的に説明したにもかかわらず、北半球の夏はより暑いのです。太陽からの熱のポテンシャルは低いにもかかわらず、こちらには陸地の面積が広くなっています。南半球の海にははるかに多くの水があり、水は温度があまり上昇せずに多くの熱を吸収できるため (これを高比熱容量と呼びます)、水の多い場所はより涼しくなります。陸地はかなり早く温まるため、光の強さが低いにもかかわらず、北半球の夏はより暑くなります。

そうです。私たちは太陽からどんどん遠ざかり、7 月の真夏に最も遠い地点に到達します。これが宇宙の幾何学です。