Loading article…
太陽光は、太陽から放出され地球に届く電磁放射の一部であり、特に人間の目に知覚できる可視光線、目に見えない赤外線（通常は人間が暖かさとして知覚する）、紫外線（日焼けなどの生理的影響を及ぼす可能性がある）が含まれます。しかし、米国気象学会によると、「これら3つすべてを光と呼ぶべきか、それともその用語はスペクトルの可視部分のみに適用されるべきか」については、相反する慣習が存在するとのことです。[ 1 ]
太陽が地平線の上にあるとき、太陽光は地球に到達すると、地球の大気によって散乱され、濾過されて昼光となります。直射日光が雲によって遮られない場合、それは明るい光と放射熱（大気）の組み合わせである日差しとして感じられます。雲によって遮られたり、他の物体から反射されたりすると、太陽光は拡散します。資料によると、24時間で1平方メートルあたり164ワットから340ワット[ 2 ]の地球平均と推定されています[ 3 ]。この数値は、NASAによって地球の平均総太陽放射照度の約4分の1と推定されています。
太陽光が太陽の表面から地球に到達するまでには、約 8.3 分かかります。[ 4 ]太陽の中心から出発し、荷電粒子に遭遇するたびに方向を変える光子が表面に到達するまでには、10,000 年から 170,000 年かかります。[ 5 ]太陽光は光合成の重要な要素です。光合成とは、植物やその他の独立栄養生物が、通常は太陽からの光エネルギーを、炭水化物を合成したり生物の活動の燃料として使用したりできる化学エネルギーに変換するプロセスです。太陽光に含まれる紫外線は、ビタミン D 3の合成に必要であると同時に突然変異誘発物質でもあるため、健康にプラスとマイナスの両方の影響があります。
デイライトとは、太陽光を取り入れることで室内空間を自然光で照らすことを指します。日射量とは、単位面積あたりに太陽光から受ける太陽エネルギーの割合のことです。
研究者は、日照計、全天日射計、または日射計を使用して太陽光の強度を測定できます。地上に到達する太陽光の量を計算するには、地球の楕円軌道の離心率と地球の大気による減衰の両方を考慮する必要があります。楕円軌道を補正するために年間の日数 (dn) を使用した地球外太陽照度 ( E ext ) は、 [ 6 ]によって良い近似値で与えられます。
ここで、1 月 1 日は dn=1、2 月 1 日は dn=32、3 月 1 日は dn=59 (閏年は dn=60) などとなります。この式では dn–3 が使用されます。これは、現代では地球の近日点、つまり太陽に最も近づく点、したがってE ext が 最大となる点が毎年 1 月 3 日頃に発生するためです。0.033412 の値は、近日点 (0.98328989 AU) の 2 乗と遠日点 (1.01671033 AU) の 2 乗の比が 約 0.935338 になることを知って決定されます。
太陽照度定数（Esc ）は128× 10³ルクスに等しい。大気による減衰効果を補正した直接法線照度（Edn ）は次式で与えられる。
ここで、cは大気減衰、mは相対光学的エアマスである。大気減衰により、ルクス値は約100,000ルクスまで低下する。
地表で太陽から天頂時に受け取るエネルギーの総量は、太陽までの距離、つまり季節によって異なります。1 月は平均より約 3.3% 高く、7 月は平均より 3.3% 低くなっています (下記参照)。地球外太陽放射が 1 平方メートルあたり 1,367 ワット (地球と太陽の距離が 1天文単位の場合の値) の場合、太陽が天頂にあるときの地表での直射日光は約1,050 W/m 2ですが、地表に到達する総量 (直接と大気からの間接) は約 1,120 W/m 2です。[ 7 ]エネルギーの観点から、地表での太陽光は、赤外線 (700 nm以上) が約 52 ～ 55 パーセント、可視光線 (400 ～ 700 nm) が約 42 ～ 43 パーセント、紫外線 (400 nm 以下) が約 3 ～ 5 パーセントです 。[ 8 ]大気圏の最上部では、太陽光の強度は約 30% 高く、紫外線(UV) が約 8% 含まれており、[ 9 ]余分な紫外線のほとんどは、生物学的に有害な短波紫外線です。[ 10 ]
直射日光の光度は、放射束1ワットあたり約93ルーメンです。これは、 LED以外の人工照明の光源の効率よりも高いため、照明に太陽光を使用すると、蛍光灯や白熱灯よりも部屋の温度上昇が少なくなります。1平方メートルあたり1,050ワットという数値に1ワットあたり93ルーメンを掛けると、明るい太陽光は約98,000ルクス（平方メートルあたりルーメン）の照度を提供することがわかります。太陽が空高くにない場合、水平面の照度はこれよりもかなり低くなります。1日平均で、水平面への太陽光の量は、1月に南極で最大になります（日射量を参照）。
1,050 W/m 2の放射照度をステラジアン単位の太陽円盤の大きさで割ると、1平方メートルあたりステラジアンあたり15.4 MW の平均放射輝度が得られます。（ただし、太陽円盤の中心の放射輝度は、縁辺減光のため、円盤全体の平均よりもやや高くなります。）これに π を掛けると、鏡を使って表面に集光できる放射照度の上限値 48.5 MW/m 2が得られます。[ 11 ]
太陽の太陽放射のスペクトルは、温度が約 5,800 K の黒体 [ 12 ][ 13 ] [ 14 ] のスペクトルと比較できます(グラフを参照) 。太陽は、電磁スペクトルの大部分にわたって電磁放射を放出します。太陽核で生成される放射は主にX 線で構成されていますが、内部吸収と熱化により、これらの超高エネルギー光子は、太陽の表面に到達して宇宙に放出される前に、より低いエネルギーの光子に変換されます。その結果、太陽の光球は、X 線や太陽フレアの際のガンマ線などの「ハード放射線」を放出するものの、X 放射(太陽 X 線) をあまり放出しません。[ 15 ]静穏な (フレアのない) 太陽は、コロナを含め、 X 線、紫外線、可視光線、赤外線、電波など、広範囲の波長を放出します。[ 16 ]光球の深さによって温度が異なり、これが黒体スペクトルからのずれを部分的に説明する。[ 17 ]
静止した太陽からもガンマ線が放出されており、0.5～2.6 TeVの範囲でべき乗則に従っています。ガンマ線の一部は宇宙線が太陽大気と相互作用することによって発生しますが、これはこれらの結果を説明するものではありません。[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]
太陽中心部における核反応の唯一の直接的な痕跡は、非常に弱い相互作用しか持たないニュートリノによるものである。
太陽コロナは極端紫外線とX線放射の発生源ですが、これらの光線は太陽の出力のごく一部を占めるにすぎません（右のスペクトルを参照）。地球の大気に到達する太陽電磁放射のほぼすべて（約98.7%）のスペクトルは、200 nmから約4000 nmの範囲に及びます。 [ 21 ]この放射パワーの大きな帯域は、波長の昇順に5つの領域に分けられます。[ 22 ]
地球表面に到達する太陽光は、赤外線が49.4%、可視光線が42.3%、紫外線が8%である。[ 27 ]
太陽の最大出力は可視光域にあると主張されることがありますが、これは波長ごとにプロットされた太陽スペクトル放射照度のみに基づいた誤解です。そのようにプロットすると、太陽光のパワースペクトル密度は約501 nmの波長でピークに達し、これは可視光域にあります。しかし、太陽スペクトル放射照度は周波数ごとに計算することも同様に有効であり、その場合、最大値は3.40 × 10 14 Hzは、波長約 882 nm に相当し、近赤外線 (赤外線 A) 領域にある。直感に反するが、太陽出力がスペクトルの特定の場所で最大になると断言することは意味がない。[ 28 ]
1972年に発行され、米国オレゴン州ポートランドの米国農務省森林局太平洋北西部森林・牧草地試験場によって出版された、北緯0度から60度までのさまざまな傾斜における直接太陽放射量（カロリー/平方センチメートル）の表がウェブ上に掲載されている。[ 29 ]
太陽系の様々な天体は、太陽からの距離の二乗に反比例する強さの光を受ける。
太陽系の各惑星が大気圏上層部で受ける太陽放射量を比較した表：[ 30 ]
地表で観測される実際の太陽光の明るさは、大気の存在と組成にも依存します。たとえば、金星の厚い大気は、受け取る太陽光の60%以上を反射します。地表の実際の照度は約14,000 ルクスで、地球の「曇り空の昼間」の照度に匹敵します。[ 31 ]
火星の太陽光は、地球のやや曇りの日の昼光とほぼ同じくらいで、探査車が撮影した写真からもわかるように、拡散光が十分にあるため、影はそれほど濃くは見えないでしょう。そのため、地球の昼光と非常によく似た感覚が得られるはずです。火星の大気中の赤みがかった塵による散乱のため、地表のスペクトルは地球よりもわずかに赤みが強くなっています。
比較のために言うと、土星の太陽光は、平均的な日没や日の出時の地球の太陽光よりもわずかに明るい。冥王星でさえ、太陽光は平均的なリビングルームとほぼ同じ明るさになるだろう。地球の満月 と同じくらい暗い太陽光を見るには、約 500 AU (約 69光時間)の距離が必要である。太陽系でそのような距離よりも遠くを公転していることが知られている天体はごくわずかしか発見されておらず、その中には90377 セドナや(87269) 2000 OO 67などがある。
地球上では、太陽放射は地平線上の太陽の角度によって変化し、夏季には高緯度地域で日照時間が長くなり、冬季には極付近では全く日照がなくなります。直射日光が雲に遮られなければ、それは太陽の光として感じられます。地面（およびその他の物体）の温暖化は、電磁放射が熱として吸収されることに依存します。
惑星が受ける放射線の量は、恒星と惑星間の距離の二乗に反比例します。地球の軌道と傾斜角は時間とともに（数千年かけて）変化し、ほぼ完全な円を描くこともあれば、軌道離心率が5%（現在は1.67%）まで伸びることもあります。軌道離心率が変化しても、太陽からの平均距離（軌道長半径）は大きく変化しないため、ケプラーの第2法則により、1年間の総日射量はほぼ一定に保たれます。
どここれは「面積速度」不変量である。つまり、軌道周期（これも不変量）にわたる積分は定数となる。
太陽放射パワーP を時間を通じて一定と仮定し、太陽放射を逆二乗法則で表すと、平均日射量も一定とみなすことができます。しかし、地球表面で受ける太陽放射の季節的および緯度的な分布と強度は変化します。 [ 32 ]太陽の角度が気候に及ぼす影響により、夏と冬の太陽エネルギーが変化します。たとえば、緯度65度では、地球の軌道変動の結果として、これが 25% 以上変化する可能性があります。冬と夏の変化は相殺される傾向があるため、任意の場所での年間平均日射量の変化はほぼゼロですが、夏と冬の間のエネルギーの再分配は季節サイクルの強度に大きく影響します。太陽エネルギーの再分配に関連するこのような変化は、最近の氷河期の到来と終焉の可能性のある原因と考えられています (ミランコビッチサイクルを参照)。
宇宙からの太陽放射照度の観測は1978年に始まった。これらの測定結果は、太陽定数が一定ではないことを示している。太陽定数は、11年周期の太陽黒点活動周期を含む多くの時間スケールで変動する。[ 33 ]さらに過去に遡る場合は、過去400 年間は太陽黒点、1万年前までは宇宙線生成放射性核種を用いた放射照度再構築に頼らざるを得ない 。
このような再構築が行われてきました。[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]これらの研究は、太陽活動が太陽周期（シュワーベ周期）に伴う太陽放射照度の変化に加えて、提案されている88年周期（グライスベルク周期）、208年周期（デフリース周期）、1,000年周期（エディ周期）などのより長い周期で変化することを示しています。
太陽定数はフラックス密度の尺度であり、1天文単位（AU）（太陽から地球までの平均距離にほぼ相当）の距離で光線に垂直な平面に入射する単位面積あたりの入射太陽電磁放射量です。「太陽定数」には可視光線だけでなく、あらゆる種類の太陽放射が含まれます。その平均値は約 1,366 W/m 2と考えられていましたが、太陽活動によってわずかに変動します[ 38 ] 、関連する衛星観測の最近の再較正により、1,361 W/m 2に近い値の方がより現実的であることが示されています[ 39 ]。
1978 年以来、NASA と ESA の衛星実験が重複して実施され、地球の大気圏上層部で受ける太陽放射量である全太陽放射照度(TSI) が 1.365 キロワット/平方メートル (kW/m 2 ) と測定されている。[ 38 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] TSI の観測は、ACRIMSAT /ACRIM3、SOHO /VIRGO、SORCE /TIM 衛星実験で継続されている。[ 43 ]観測により、TSI は太陽磁気サイクル[ 33 ]や多くの短い周期サイクル[ 44 ]を含む多くの時間スケールで変動することが明らかになっている。TSIは地球の気候を動かすエネルギーを提供するので、TSI 時系列データベースを継続することは、気候変動における太陽変動の役割を理解する上で重要である。
2003年以来、SORCEスペクトル放射照度モニター（SIM）は、 TSIのスペクトル分布であるスペクトル太陽放射照度（SSI）を監視してきました。データによると、UV（紫外線）波長のSSIは、以前考えられていたよりも地球の気候応答と明確ではなく、おそらくより複雑な形で対応しており、「太陽と成層圏、対流圏、生物圏、海洋、および地球の気候との関連性」に関する新しい研究の幅広い道筋を促しています。[ 45 ]
地表面の照明スペクトルは、大気の影響により太陽高度によって変化し、日の出前と日没後の薄明時には青色のスペクトル成分が優勢となり、日の出と日没時には赤色のスペクトル成分が優勢となる。これらの効果は、大気によって媒介される太陽光を主な光源とする自然光写真において顕著に現れる。
空の色は通常レイリー散乱によって決まりますが、日没と薄明時には例外があります。「太陽が地平線近くにあるとき、オゾンによる太陽光の長い地平線経路よりも優先的な吸収によって天頂の空は青くなります」[ 46 ] 。
太陽は、特定の感度範囲内の光の尺度である「照らす」と言える。多くの動物（人間を含む）は、約 400～700 nm の感度範囲を持ち、[ 47 ]最適な条件下では、地球の大気による吸収と散乱により、この範囲の大部分で等エネルギーの光源に近似する照明が生成される。[ 48 ]例えば、人間の色覚の有用な範囲は約 450～650 nm である。日没と日の出で生じる影響を除けば、スペクトル構成は主に太陽光がどれだけ直接照らすことができるかによって変化する。照明が間接的である場合、上層大気でのレイリー散乱により青色の波長が優勢になる。下層大気の水蒸気はさらに散乱を引き起こし、オゾン、塵、水粒子も特定の波長を吸収する。[ 49 ] [ 50 ]
地球上のほぼすべての生命は、太陽からの光によって支えられています。植物などのほとんどの独立栄養生物は、太陽光のエネルギーを二酸化炭素と水と組み合わせ、光合成と呼ばれるプロセスによって単純糖を生成します。これらの糖は、生物の成長に必要な構成要素やその他の合成経路で利用されます。
動物などの従属栄養生物は、独立栄養生物の産物を摂取することで、太陽光を間接的に利用します。具体的には、独立栄養生物を摂取したり、その産物を摂取したり、あるいは他の従属栄養生物を摂取したりします。独立栄養生物によって生成された糖類やその他の分子成分は分解され、蓄えられた太陽エネルギーが放出され、従属栄養生物は生存に必要なエネルギーを得ます。この過程は細胞呼吸として知られています。
先史時代、人類は植物や動物の素材を他の用途に利用することで、このプロセスをさらに発展させ始めた。例えば、動物の皮を防寒具として使ったり、木製の武器を狩猟に用いたりした。こうした技術によって、人類は解糖系だけでは不可能なほど多くの太陽光エネルギーを利用できるようになり、人口は増加し始めた。
新石器革命期には、植物や動物の家畜化によって、人類は太陽エネルギーをより容易に利用できるようになりました。作物を栽培する畑には、食用にならない植物が生い茂り、将来の収穫のための糖分や栄養素が供給されました。かつては殺されて初めて肉や道具として利用されていた動物も、今では食用にならない草を燃料として、生涯を通じて労働力として活用されるようになりました。化石燃料は、古代の植物や動物の残骸であり、太陽光のエネルギーを利用して形成され、その後何百万年もの間地球内部に閉じ込められていました。
日光の効果は絵画にとって重要であり、例えばエドゥアール・マネやクロード・モネの屋外風景画にその証拠が見られる。
多くの人は直射日光が明るすぎて不快に感じます。実際、太陽を直接見ると、長期的な視力障害を引き起こす可能性があります。[ 51 ]日光の明るさを補うために、多くの人がサングラスをかけます。車、多くのヘルメットや帽子には、太陽が低い角度にあるときに直射日光を遮るためのバイザーが装備されています。壁、ブラインド、日よけ、シャッター、カーテン、近くの木陰などを利用して、建物への日光の侵入を遮断することがよくあります。日光への曝露は、体内で丈夫な骨や筋肉を作るために必要な重要な化合物であるビタミンDを皮膚で生成するために生物学的に必要です。
ヒンドゥー教をはじめとする多くの世界の宗教において、太陽は地球上の生命とエネルギーの源であることから、神として崇められている。古代エジプトにおいても、太陽は神として考えられていた。
日光浴は、人が直射日光の下で座ったり横になったりする人気のレジャー活動です。人々は、十分な日光が当たる快適な場所で日光浴をすることがよくあります。日光浴によく使われる場所には、ビーチ、屋外プール、公園、庭園、歩道のカフェなどがあります。日光浴をする人は通常、衣服をほとんど着ませんが、中には裸になる人もいます。日光浴の代替手段として、紫外線を発生させ、天候に関係なく屋内で使用できる日焼けマシンを使用する人もいます。日焼けマシンは、皮膚がんの懸念から、世界のいくつかの州で禁止されています。[ 52 ]
肌の色が白い多くの人にとって、日光浴の目的の一つは肌の色を濃くすること（日焼けすること）です。これは一部の文化圏では魅力的だと考えられており、アウトドア活動、休暇、そして健康と関連付けられています。全身を均一に日焼けさせるために、裸で日光浴することを好む人もおり、これは特定のライフスタイルの一部となっている場合もあります。
制御された日光療法、つまり日光浴は、乾癬[ 53 ]やその他の疾患の治療に用いられてきた[ 54 ] 。
皮膚の日焼けは、メラノサイトと呼ばれる皮膚細胞内の暗い色素の増加によって起こり、太陽や人工日焼けランプからの紫外線に十分さらされたことに対する身体の自動的な反応メカニズムです。[ 55 ]したがって、これらの光源にさらされなくなると、日焼けは時間とともに徐々に消えていきます。
日光に含まれる紫外線は、ビタミンD3の主要な供給源であると同時に変異原でもあるため、健康にプラスとマイナスの両方の影響があります。[ 56 ]栄養補助食品は、この変異原性効果なしにビタミンDを供給することができますが、 [ 57 ]日光から体内で生成されるビタミンDの過剰摂取を防ぐ自然なメカニズムを回避します。ビタミンDには、骨を強化する[ 58 ]ことや、一部のがんの増殖を抑制する可能性など、幅広い健康上のプラスの効果があります。[ 59 ] [ 60 ]また、日光への曝露は、メラトニン合成のタイミング、正常な概日リズムの維持、季節性感情障害のリスクの低減にも関連付けられています。[ 61 ]
日光不足は、米国では年間34万人、ヨーロッパでは年間48万人の死亡原因となっている。さらに、日光不足は、乳がん、大腸がん、高血圧、心血管疾患、メタボリックシンドローム、多発性硬化症、アルツハイマー病、自閉症、喘息、1型糖尿病、近視のリスクを高める。[ 62 ]
長期にわたる日光曝露は、皮膚がん、皮膚の老化、免疫抑制、白内障や加齢黄斑変性などの眼疾患の発症と関連していることが知られています。[ 63 ]短期的な過剰曝露は、日焼け、雪盲、日光網膜症の原因となります。
紫外線、ひいては日光や日焼けランプは、健康上の利点があることが知られている唯一の発がん性物質として挙げられており[ 64 ]、多くの公衆衛生機関は、日光を浴びすぎることと浴びなさすぎることのリスクのバランスを取る必要があると述べている[ 65 ]。日焼けは常に避けるべきだという一般的なコンセンサスがある。
疫学データによると、日光に多くさらされる人は高血圧や心血管疾患による死亡率が低いことが示されています。日光（およびその紫外線）は皮膚がんのリスク要因ですが、「日光を避けることは、全体的な健康にとって利益よりもコストの方が大きい可能性があります」。[ 66 ]ある研究では、喫煙、飲酒、高血圧などの他のリスク要因とは異なり、紫外線が寿命を縮めるという証拠はないことがわかりました。[ 66 ]
太陽からのUV -B照射量の増加は、シロイヌナズナとタバコ（Nicotiana tabacum）のDNA組換え頻度を増加させる。 [ 67 ]これらの増加は、DNA損傷の組換え修復において重要な役割を果たす酵素の強い誘導を伴う。したがって、地上の太陽UV-B放射レベルは植物のゲノム安定性に影響を与えると考えられる。
あたり100ワット…14,000ルクス…は…曇天の昼間に相当します。
光は、400～700 nm（またはmμ）、または4000～7000 Åの波長を含む特殊な放射エネルギーです。
正午の太陽光（D55）はほぼ均一な分布を示す...
ウィキメディア・コモンズにある太陽光に関するメディア
