太陽のエネルギーは気候システムを動かす
太陽は地球を暖め、水循環を動かし、地球上の生命を可能にしている。 地球表面で受ける太陽光の量は、表面の反射率、太陽の角度、太陽の出力、および太陽の周りの地球の軌道の周期的変動に影響される。
太陽エネルギーの基礎科学とそれが地球の気候に果たす役割は、中学生でも理解できるが、地球のエネルギーバランスの複雑さは、依然として活発な科学研究の領域である。 したがって、このトピックは要素であり複雑でもあります。
この原則は、エネルギーリテラシーの原則2：地球上の物理的プロセスは、地球システムを通じてのエネルギーの流れの結果である、に関連しています。
気候系の基本的な仕組みを生徒に示す
地球の気候系における太陽放射の役割を理解することは、次のような重要な概念を把握するのに役立ちます：
季節の原因。
×この図は、季節を引き起こす地軸の傾きを示しています。 (注：距離と直径は縮尺に合わない。)
季節は、地軸の傾きによってもたらされます。 地軸が傾いているということは、地球の北と南では、同じ量の太陽放射（単位面積あたりのエネルギー）を受けられないということです。 南半球が太陽に対して傾いていると、南半球は夏、北半球は冬になる。 (原則1c）氷河期が起こる理由。
氷河期は、地球表面で受ける太陽放射の分布が変化することによって起こりました。 地球の公転軌道の経路は一定ではありません。 地球の軌道が変動すると、地表のどの地点に届く太陽放射も変化する。 (原理1d）太陽から放射されるエネルギー量（太陽光度）は時間とともにどのように変化するか。
太陽の出力は一定ではありません。 その光度（太陽が放出する全エネルギー）は、地質学的な時間の経過とともに増加し、より短い時間スケールではわずかに変化しています。最近の気候の温暖化が、太陽のエネルギー出力の増加によって引き起こされていない理由。
太陽のエネルギー出力は、この同じ時期に観測された気温の上昇を説明するほどには、ここ数十年の間変化していないのです。 (原則1e)人間が使うエネルギーのほとんどは、太陽エネルギーに由来している。
人類が使用するエネルギーの多くの形態は、食物、炭化水素（石油や天然ガスなど）、風力エネルギー、水力発電、そしてもちろん太陽エネルギーなど、最終的には太陽放射から派生しているのです。
これらの考え方を理解してもらうために
×この図は100万年前から見た地球の軌道変動（ミランコフサイクル）とそれに伴う太陽強制への影響について示したもので、この図から、地球の軌道変動と太陽強制の関係がわかります。 下の曲線は、最近の氷河期のサイクルを示しています。
ほとんどの科学教育プログラムや基準を通じて、地球システムにエネルギーを提供する太陽の役割は含まれていますが、多くの場合、ばらばらの方法です。 季節と、季節の天候パターンや動物の移動を駆動する上でのその重要性は、小学校で教えられ、その後何年も、たとえそうであっても、再確認されないかもしれません。
さらに、大学生や成人を含むすべての年齢の学生が、季節を引き起こす原因を理解することは困難です。 人々のメンタルモデルには、軸の傾きのほか、地球が太陽の周りを細長い楕円軌道で回っているという思い込み、地球の相対的な大きさ、動き、太陽からの距離に関する混乱、光の伝わり方、地球が太陽の周りを回る長さ、さらには自転周期などが絡んでいる。 このようなよくある誤解を緩和するための一つの方策は、生徒がその概念を理解するのに十分な幾何学と物理学の背景を持つ高校で、「季節の理由」を十分に扱うようにすることである（McCaffrey & Buhr, 2008）。
×地球が受ける太陽エネルギーの量は、1950年代以降、小さな上下動を繰り返す太陽の自然の11年周期に従っており、純増はない。 同じ期間に、地球の気温は著しく上昇しました。 したがって、過去半世紀にわたって観測された地球気温の上昇傾向を、太陽が引き起こした可能性は極めて低い。 Image from NASA.根強い誤解は、最近の気候の温暖化は、温室効果ガスの増加ではなく、太陽からの入射エネルギーの変化によるものだということである。 これは、太陽エネルギーの出力記録を調べ、地球の気温記録と比較することで対処できる。 このデータから、太陽の放射照度と地球の温度には相関がないことが明らかです。
これに関する優れた説明は、Skeptical Scienceに掲載されています。 太陽と気候。 また、ブルームバーグのグラフィックもご覧ください。 何が世界を本当に暖めているのか？ この魅力的なグラフは、NASA のデータとモデルの出力で作られています。
これらのアイデアを教室に持ち込む
太陽放射は、気候システムを動かす基本エネルギーであり、地球上のほぼすべての気候および生物学的プロセスは、太陽の入力に依存しています。 太陽からのエネルギーは、地表の温暖化、蒸発、光合成、大気循環など、地球上の多くのプロセスにとって不可欠です。 したがって、太陽が地球上のさまざまなプロセスをどのように促進しているかを調べることは、多くの種類の科学コースの一部となり得ます。 この原則に関連する科学的概念の多くは、季節ごとの観測を奨励し、学生とともに市民科学プログラム（GLOBEなど）に参加し、太陽エネルギーの量と強さが地球の気候にどのように影響するかという基本を定期的に見直すことで対応できます。
太陽のエネルギーが気候システムを動かす方法は、非常に基本的なレベルから、最も高度な科学的アプローチまで教えることができます。
統合ソリューション – 太陽放射に関連する科学概念は、ソーラー オーブン、パッシブ ソーラー デザイン、太陽熱、太陽電気など、太陽エネルギー工学および技術に拡大することができます。 これは、化石燃料の使用に代わるものに対する意識を高め、私たちの社会が採用できる気候変動の解決策について議論する場を設けることができます。
CLEANコレクションからの教材
×この図は、白い氷は日光を反射し、暗い海水は日光を吸収していることを示しています。 これはアルベド（反射率）と呼ばれています。中学校
- 地球儀やその他の物理モデルを使用して、地軸の傾きと、それが季節ごとの太陽光の分布にどのように影響するかを示すことができ、例えば「私の角度は冷却に影響します」のように。
- Introduction to Earth’s Climate – このレッスンは、地球の気候の紹介であり、地球特有の気候、大気、地域的・時間的気候の違いに関する重要な原則を扱います。
High school
- The Climate.Albedo は、異なる色の表面の温度を測定するハンズオンアクティビティです。 A Balancing Act」アプレットでは、地球のエネルギー バランスに影響を与えるパラメーター（入射太陽放射、アルベド効果、温室効果、出射放射）を調整できます。
- Milankovitch Cycles Climate Applet では、軌道周期と氷河期がどのようによく相関しているかを学習できます。
- この Seasons Interactive visualization tool では、場所と季節によって太陽放射がどう変わるかを自由に探索する基礎とすることができます。 全米アカデミーのビデオ「Solar Influence: Climate Change」は、太陽活動が地球温暖化を引き起こしていないという証拠を補強するのに役立ちます。
関連する教育的方法。
- – 確かでない科学を教える
- – 地球史のアプローチを用いる
大学
- 地球の熱収支は、距離と角度が太陽放射の入力、アルベド、土地と水の熱容量に及ぼす影響、これらが季節を引き起こす仕組みについて調べる体験型の実験アクティビティである。
- Motions of the Sun Labは、アニメーションのシミュレータを使用して、学生が空における太陽の見かけ上の動きを理解するために変数を操作できるようにします。
- Observe Earth’s Orbit that contribute to climate change – Milankovitch cyclesをアニメーションで視覚化したこの作品は、気候変動要因についてより進んだ議論の舞台となることが可能です。
- Modeling Early Earth Climate with GEEBITTは、地球の初期の気候が現在の気候と大きく異なる物理的プロセスについて、学生がより深く理解できるようにするための教材です。
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What’s Sun Role in Climate Change? – NASAが、太陽活動、太陽周期、黒点がなぜ今日の気候温暖化と関係ないのか、読みやすくかつ権威ある内容で紹介しています。 NASAには、氷河期が迫っているという神話を否定する関連記事があります。
太陽と気候。 Skeptical Scienceのウェブサイトにあるこのページでは、気候変動に関する一般的な疑問や誤解に対する明確な答えが掲載されています。 – このアニメーションは、地球の気候に作用している様々な強制力を比較したものです。 軌道の変動、太陽の光度、火山噴火による気候の変化を、温室効果ガスの影響と比較しています。 グラフィックは非常に魅力的で、データはNASAのゴダード宇宙研究所（GISS）のものです。
McCaffrey & Buhr, 2008: Clarifying Climate Confusion（気候の混乱を解明する）。 – 気候科学における一般的な誤解に関するPhysical Geographyのジャーナル記事です。