太陽光について

質問

ちょっとした疑問です。

通常光は直進しますよね。(重力レンズなどの影響がない場合)
光源から出た光は放射状に拡散するため、
光源と地面(光源光の照射面)との間にある物体の影は、
光源と物体の距離によって地面に映る影の大きさが変化します。

太陽と地球の距離は約1億5000万kmあるため、
地球上では太陽光はほぼ平行に直進します。
つまり、太陽光が地球を照射する場合、
太陽と地球の中間(地表の近く)にある物体の影の大きさは
物体の高度に関係なくほとんど変化しないはずです。

さて、問題です。
1.地球上で地上３０mを飛ぶ飛行機の影は地面に投影されるのに、
地上１万メートルを飛ぶ飛行機の影は地面に投影されないのはなぜ?

空気中の塵や埃が太陽光を拡散しているためでしょうか?

2.月面上で同じ条件の場合、月面上１万メートルを飛ぶ飛行機の影は
月面にどのように投影されるのでしょうか?

ほぼ原寸大の飛行機の影が月面に投影されるのでしょうか?

みなさん、どうなると思いますか?

回答No.2

walkingdic · ベストアンサー

まず太陽からの光が平行という点については、どの程度平行なのかというのをきちんと数値で表現しなければなりません。一番簡単なのは太陽の視直径を基準にする考え方です。太陽の視直径は地球上で約０．５度です。

ということは地球上のある一点に入る太陽光線は角度にして０．５度の範囲の光が入っているということです。逆に言うとある無限小の黒点による影も角度０．５度で広がっていくということです。計算すると１ｍ先では８ｍｍになります。

>1.地球上で地上３０mを飛ぶ飛行機の影は地面に投影されるのに、
>地上１万メートルを飛ぶ飛行機の影は地面に投影されないのはなぜ?

先の話から飛行機の長さをたとえば１００ｍとしてその影の範囲がどのくらいになるのか考えて見ましょう。１万メートルですから一点は８０ｍとなります。つまり１００ｍの影は１８０ｍの陰になります。かなりぼけて見えるということですね。
でも投影はされます。

＞空気中の塵や埃が太陽光を拡散しているためでしょうか?
それらの影響ももちろんあります。特に水蒸気の影響は強いです。
水蒸気濃度が高いと雲になりますからそれはわかると思います。

ただ湿度がかなり低い条件であればぼけてはいるものの、影は映ることになります。

>2.月面上で同じ条件の場合、月面上１万メートルを飛ぶ飛行機の影は月面にどのように投影されるのでしょうか?

水蒸気等の影響を考える必要はないので、先の回答の通りです。

>ほぼ原寸大の飛行機の影が月面に投影されるのでしょうか?
なりません。

お礼

詳しい説明ありがとうございます。

なるほど、計算してみるとよく分かります。
納得しました。

回答No.4

eatern27

>1.地球上で地上３０mを飛ぶ飛行機の影は地面に投影されるのに、
地上１万メートルを飛ぶ飛行機の影は地面に投影されないのはなぜ?

人間の目の構造も関係してきますが、主な理由は、太陽が点光源ではない事です。(地球から見ても、太陽はある大きさに見えますよね)

例えば、日食って見た事はないですか？太陽が半分くらい隠れても、あまり暗くなったようには感じませんよね。太陽が半分隠れたくらいでは、人間の目では明るさの変化を認識できないんです。まぁ、太陽全部を隠して初めて暗くなったのが分かる(＝影ができる)、と考えればいいでしょう。
※でも、太陽が隠れた分だけ、確かに暗くはなっているらしいです。

月が太陽を隠すかジェット機が太陽を隠すかの違いだけですので、ジェット機の場合も何ら変わりありません。ジェット機が上空を飛ぶと、地上から見るとジェット機の見た目は小さくなるので、太陽全体を隠す事ができなくなります。だから、影ができないんです。

>2.月面上で同じ条件の場合、月面上１万メートルを飛ぶ飛行機の影は
月面にどのように投影されるのでしょうか?

地球と同様の理由から影はできません。

お礼

回答ありがとうございました。

ふむふむ、目の錯覚ですか。
そのご意見も「ごもっとも」ですね。

回答No.3

mtisa

１．光は回析するからです。
仮に光が回析しない性質を持っている場合、光源が１つしかないときすべての不透明な物体の影になる面は真黒となり何も見えないはずです。

＞空気中の塵や埃が太陽光を拡散しているためでしょうか?
この考え方は減衰といいます。光は減衰しますが回析もしてますので厳密には両方が原因でしょう。

２．もちろん投影されます

お礼

回答ありがとうございました。

光は回析する　という現象を忘れていました。
確かに回析も考慮に入れておかなければなりませんね。

回答No.1

sanni

「地球上では太陽光はほぼ平行に直進します。」
は、地上での誤差を無視した場合の話ですよね。
実際は、放射状ですから、地上１万メートルを飛ぶ飛行機の影は地面に投影されると、大きな影になっているのでは、と思います。
でも、乱反射などの光の入り込みがあり、影が薄くなるのでは？
物体の端が直線のものでも、影は完全な直線になりませんよね。
ぼやけますよね。
これは、完全に直進してきた光だけで影の影ではないという事だと思いますが…。
息抜きに書いてみただけで、根拠はあまりありません。
(^^ゞ

お礼

回答ありがとうございました。

>地上での誤差を無視した場合
確かにそうです。やはり誤差も考慮する必要があったのですね。
地球上では太陽光は完全に平行に直進する　という場合とは違ってきます。