「放射冷却現象」と「温室効果」についての質問です

質問

「放射冷却現象」と「温室効果」についての質問です

天気予報の解説で「今朝は晴れて地表の熱が奪われる放射冷却現象が起きて冷え込みました」等の解説がされるのですが、
「放射冷却」を「放射するもの（地表）と環境（大気）」に分けて考えると環境も放射しているので地表は大気の温度より下がらないと思えるのですが？
「放射冷却」とはどのような現象なのでしょうか？

質問の趣旨は
「放射冷却」は熱力学第２法則に反しないか？
です。

「温室効果」も同様な質問です
「二酸化炭素が環境のエネルギーを吸収して地表面の温度が上がる」
みたいな解説を聞くのですが、
環境のエネルギーを吸収している限り二酸化炭素は環境の温度より高くなれないはずなのですが
「温室効果」とはどのような現象なのでしょうか？

これも質問の趣旨は
「温室効果」は熱力学第２法則に反しないか？
です。

回答No.18

masa2211

＞私は１種類の気体でも、はじめ「重さ（質量密度）に違いがあっても水と油のように分かれることはない。」と思います。
＞実験はしていませんが、

わざわざ実験しなくても、そのような事例はそこらじゅうにころがっています。
空気の例では、温暖前線・寒冷前線。
水の例では、池の表面は凍っても底は4度でありそう簡単には凍らない。
　　　　　　また、大ダムでは、水深別水温を計測していますが、雪解け水は下のほうにたまり、
　　　　　　夏になっても冷たいままです。

＞空気の主成分である酸素や窒素を直径１センチのパチンコ玉と考えと３０立方センチの箱の中に数十個あるイメージなります。
＞それが、秒速数百メートルの速さで飛び回っているはずなのです。
飛び回っているけど、１ミクロンすら進まないうちに別の空気分子にぶつかり、跳ね飛ばされます。
つまり、秒速数百メートルの速さで飛び回っていても、前にすすむ距離はいいところ数ミリです。
パチンコ玉（直径1センチとします。）のモデルの場合、パチンコ玉が30センチ動いた、とは、
直径の30倍動いたと考えればよいです。空気分子が自身の直径の30倍動いても、混合したうちにはいりません。

一方、風が吹いた場合、風速は秒速数メートル。
風が吹くことによす混合のほうが、空気分子が動くための混合より問題にならないくらい高速です。
よって、風がある場合、空気分子が動くための混合を考えても考えなくても計算結果に差がないから計算時間の無駄なので無視します。

で、分子が動いたことによる混合を分子拡散、風で混合したのを乱流拡散というから、
「拡散係数」あたりで検索してみてください。

NO.14
＞「無関係」とは海抜0メートル、富士山頂、エレベスト山頂、上空10キロメートルでも同じ値になってしまうと言うことです。
＞地球が月と同じ大きさでも同じ放射平衡温度になります。
＞月と地球の反射率が同じで、環境省のHPの値マイナス19が放射平衡温度なら、「月面の平均気温はマイナス19と言われている」となります。現実の月をみれば私には適切な表現に思えません。
まさに、そういうことを言っています。
空気の温室効果が全くない場合、とは、「空気がなくて真空状態であったら」という意味です。
そして、平衡温度とは、単位面積あたりの熱収支を考えればよいので、海抜ゼロでもエベレスト山頂でも月でも同じ値となります。
（赤道と北極では、太陽の当たる角度が違うため受ける熱量は違う。このため、受ける熱量は地球全体の平均で計算している。）
で、「現実の月をみれば適切とは思えない」？
-19度より高いと思うのですか？低いと思うのですか？　書いてないのでわかりません。
現実の月の測定値は-23度（WIKIの記載値）なので、だいたい合っているし、4度のズレは、
アルベドの違い、および、「月は自転しているため平衡状態でからズレる」ということで説明はつくでしょう。

NO.14
>少し理屈を言うと、上空のCO2が衝突繰り返しながら地上へと向かうとき位置エネルギーが運動エネルギー等になるはずなのです。
エネルギー保存則を無視しています。熱力学第２法則についての質問なのにそりゃないよ。
上空のCO2が地上まで落ちたら、確かに位置エネルギーが熱エネルギーに転換します。
ただし、上から下へ向かったのと同量のCO2が上空に向かう必要があり、ここで位置エネルギーを消費してしまうので、
位置エネルギーは全く寄与しません。

お礼

ご指摘ありがとうございます。

以下の1.　については、すこし勘違いされているようです。

1.「それらの気体は一様に混じり合い、その重さにちがいがあっても水と油のように分かれることはない。」について
　繰り返させてもらいますが、

　完全にH2Oを取り除いた温度の違う空気（質量密度の違う空気）を２つもってきても
「それらの気体は一様に混じり合い、初め重さ（質量密度）にちがいがあっても水と油のように分かれることはない。」
　高さが1.5メートルの箱に完全にH2Oを取り除いた温度の違う空気を入れても速やかに混じりあって、底と天井の温度差は0.015度となり事実上温度差は無くなると信じています。

　空気には、暖かい空気と冷たい空気には混ざりにくい性質があると判断するしかなく、そのため温暖（寒冷）前線が形成されると考えています。

2.空気分子の衝突について
　ご指摘のように空気分子が他と衝突するまでの距離（平均自由行路）は0.00001センチの程度のようです。
　空気分子の平均速度を秒速500メートルとすると大ざっぱに考えて１つの空気分子は１秒間に5000000000回衝突します。
　30センチ立方の箱の中に赤色と黒色のパチンコ玉をそれぞれ10個程度入れて、１秒間に5000000000回衝突するほどの速度をもたせる（揺さぶる）とやはり混ざってしまうと思います。
　温暖（寒冷）前線は、赤色（暖かい空気分子）と黒色（冷たい空気分子）のパチンコ玉が分かれています。
　前線面はヘリウム風船のように空気とヘリウムを隔てるような膜ではありませんので、何故、混ざりにくいのか私には不思議なのです。
　なお、この不思議については、ここでの質問ではありませんので回答はご遠慮願います。
　私の質問は「放射冷却現象」「温室効果」は熱力学第2法則に反しないか？です。

3.「現実の月をみれば適切とは思えない」について
　このようなことを私が書いたのかちょっと不思議に思ったのですが

「No14でのお礼で」
　月と地球の反射率が同じで、環境省のHPの値マイナス19が放射平衡温度なら、「月面の平均気温はマイナス19と言われている」となります。現実の月をみれば私には適切な表現に思えません。

　と書いたのを指しているようです。このように書いたのは

　大気のない月や地球の平均気温など考えても意味がないだろうと考えたからです。舌たらずでした申し訳ありません。
　なお、地球を1メートルの球と考えると空気は１～2ミリ程度の膜とみなせるでしょう。
　ここで私が申し上げた趣旨は「放射平衡温度はこの膜のなかあるだろうとしか言えなく、地表面の温度とするのは言い過ぎだ。」です。
　また、環境省の言う温室効果がない場合とは、「温室効果ガス（GHG）」がない場合だそうです。
　「言外に大気を剥ぎ取れば反射率（orアルベド）が変わるのではないか？」の意味もあったのですが
　そうした意味ではこの記述は適当ではなかったかもしれません。

4．金星の地表面の高温について
　金星の大気の地表面の温度についてですが、ご指摘のとおり上空から下へ向かうCO2と下から上空へ向かうCO2が同数である必要があります。
　下へ向かうCO2は位置エネルギーが運動エネルギー等になる結果、温度が高くなり、上空へ向かうCO2は運動エネルギーが位置エネルギー等になり温度が低くなります。
　常にこうした事が起こっている結果、100メートルで摂氏1度程度の温度差が必要になります。特にエネルギーの保存則を無視はしておりません。
　金星の大気は雲の高さまで50キロ程度あり、地表と雲の間には摂氏500度程度の温度差が必要で、特に温室効果を考える必要はないとしたのがここでの趣旨です。

以上　補足させて頂きます。

ありがとうございます。

回答No.17

a_a007

いまさらな気もしますが、お邪魔させていただきます。

「温室効果」は、大気中の温室効果ガス(水蒸気、CO2、メタン等)がエネルギーを蓄えることにより気温が上昇することをさします。しかし、エネルギーを蓄えた大気も気温に見あった放射を行い、やがて平衡状態となります。
環境問題で使われる「温室効果」は、温室効果ガスが増加することにより、大気が得るエネルギーが増加し、より高い気温で平衡状態となることをさします。100年や200年前と比較した場合、顕著に増加している温室効果ガスがCO2なので、CO2削減キャンペーンが行われているのです。

「放射冷却」も本来は、太陽から得るエネルギーがなくなり、日中よりも気温の低い状態で放射が平衡となるので、その気温に向かって気温が下がることをさします。しかし、「今朝は晴れて地表の熱が奪われる放射冷却現象が起きて冷え込みました」という場合の放射冷却現象は、大気中の水蒸気量が少ないので、大気のエネルギー吸収量が減り、より気温の低い状態で平衡になることをさします。

温室効果も放射冷却現象も、平衡状態が変化することであって、熱力学の法則には反していないと考えます。

1.5mの高さで４℃、地面で0℃の理由についてです。
熱容量の違いにより同じエネルギー量を放出しても大気より地面の温度が下がります。
高さ1mmの大気はほぼ0℃だと思います。高さ1mmの冷たい空気は、密度の高い空気であって高さ1.5mの空気と同一気体です。そのため、ドルトンの分圧の法則は関係ありません。重力により密度成層を成します。密度成層や放射平衡の結果、高さ1.5mの大気は高さ0mで0℃となります。

もしかしたら、以下のサイトが参考になるかもしれません。
http://www.asahi-net.or.jp/~rk7j-kndu/

参考URL：

http://www.asahi-net.or.jp/~rk7j-kndu/

お礼

回答ありがとうございます
さて、
「温室効果ガスがエネルギーを溜めて温度があがる」の
エネルギーを蓄えるですが、エネルギーを蓄えても温度が上がらない現象があります。
０度の氷に熱（エネルギー）を加えても液体や気体の水に変化して氷と水の混合物は０度のままです。
私は気象衛星から送られてくる水蒸気画像をみたことがあります。
「H2O」が吸収する固有周波数をみるものです。
黒く見えるところは固有周波数の光りを吸収していない所で、白く見える所は吸収しています。
http://mscweb.kishou.go.jp/panfu/product/image/low/wv/index.htm
一見して、雲の様子がわかります。（可視画像は、雲で散乱した短い波長をみているので、散乱を起こさない小さい密度の雲は見えない）
さて、気体の水蒸気が固有の光（7マイクロメーター位）を吸収すると考えると、水蒸気量は地表付近多いので水蒸気画像は真っ白に見えるはずです。しかし実際は海上でも黒くみえる（吸収していない）所があります。
私は水蒸気画像という観測事実から、「H2O」の固有周波数のひかりは固体や、液体の水（雲）が吸収していると考えます。
雲は、近傍の大気とエネルギーのやりとりし大気の温度より一般に低くなります。
（湿度100％でなければ、湖面の温度は近傍の空気の温度より低い）
ですから、H2Oが固有周波数の光りを吸収しても、単純に周辺の空気を暖めるとは結論できないと思います。
また、H2Oについては、こんな想像もできます。
「気体であるH2Oと液体であるH2Oの境界はどこだろう？
　単体のH2O、２個の2H2O、３個の3H2O、・・・　n個のnH2O
単体のH2Oは気体とみなしてよいでしょう。nが大きいH2Oは液体でしょう。
気体と液体の中間の状態では光りを吸収して分裂（分裂するにはエネルギーが必要）する可能性も捨てきれない」
詳しくは知りませんがCO2も電気的にくっつきやすい性質（電気双極子モーメント）があるかもしれません。

「1.5mの高さで４?、地面で0?の理由についてです。」
ですが、何か勘違いをなされているかもしれません。
単位体積あたりの熱容量はおそらく地面のほうが大きいと思いますので、同じエネルギーを放射したら空気の温度方が下がりやすいと思います。

「高さ1mmの冷たい空気は、密度の高い空気であって高さ1.5mの空気と同一気体です。そのため、ドルトンの分圧の法則は関係ありません。」
とありますが、「高さ１mmの密度の高い空気が一定時間なぜ存在し続けられるのか？」が問題なのです。
密度の高い空気とは質量密度の大きい空気（気体）という意味と思います。
空気の主成分である酸素や窒素を直径１センチのパチンコ玉と考えと３０立方センチの箱の中に数十個あるイメージなります。
それが、秒速数百メートルの速さで飛び回っているはずなのです。
私は１種類の気体でも、はじめ「重さ（質量密度）に違いがあっても水と油のように分かれることはない。」と思います。
実験はしていませんが、
完全にH2Oを取り除いた温度の違う空気を２つもってきても「それらの気体は一様に混じり合い、その重さにちがいがあっても水と油のように分かれることはない。」
と思っています。
しかし、現実の空気では平均分子量の大きいCO2を子供さんが使うプールに溜めることは可能です。
それは、火の付いたろうそくをプールに沈めると火が消えてしまうことでわかります。
少なくとも、プールには酸素がかなり少なくプールの上には普通に酸素があるはずです。
（場所により気体の分圧比が明らかにちがうので、正確？にはドルトンの分圧の法則の前提に反すると思う）
こうした奇妙な性質があるから冷たく質量密度の大きい空気が地表面付近に溜まることができるのです。
空気の第3番目の主要成分であるH2O（非理想気体）が混ざりにくくしているとは思うのですが、それがどのようなメカニズムなのかまったくわからない。

この場を借りてちょっと、思考実験をしてみましょう。
地表面がマイナス４?、1.5メートル上の空気が0?ならどうでしょう。
地表面が冷却源だとすると、地中1.5メートルの深さまで0?以下になるように私には思えます。
回答ありがとうございました。

補足

すみません。
文字化けを起こしてしまいました。
お礼の文中

「1.5mの高さで４?、地面で0?の理由についてです。」
は
「1.5mの高さで４度、地面で0度の理由についてです。」の誤り

「地表面がマイナス４?、1.5メートル上の空気が0?ならどうでしょう。」
は
「地表面がマイナス4度、1.5メートル上の空気が0度ならどうでしょう。」の誤り

訂正させていただきます。

回答No.16

yyy66799

お邪魔いたします。
　回答、お礼ともに内容が高度で難しくなっていますので私などが入り込むレベルではないのですが、お話のスタートのところで「はてな？」と感じたところがありました。
　質問者様の質問に直接回答する内容ではなく、重箱の隅をつつくようなことですが、ご容赦いただけばと思います。

　前置きがながくなり失礼いたしました。

＞実際に、地表1.5メートルの気温がプラス4℃位から地表は氷が張り、霜が降りますので、明らかに0度以下となります。
放射冷却でこのような現象が起きるなら、無限のエネルギーが取り出せることにならないのか？

が質問の趣旨です。

Wikiで放射冷却を調べると、「放射冷却に伴う気象現象」の項目に以下の通り記されています。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%80%86%E8%BB%A2%E5%B1%A4
“放射冷却によって地面付近の空気が急速に冷却されると、上空よりも気温が低くなり接地逆転層という種類の逆転層が発生することがある。”

　ここからは私の解釈ですが、放射冷却で地面の気温が下がります。氷が張るような零度以下になったとき、地表面付近の大気が熱伝導によって冷却して逆転層（接地逆転層）ができるので、１．５ｍの気温が４度になっても熱の移動は放射だけではありませんからなんら矛盾はないと思うのです。１．５ｍが４度なのは地表面からエネルギーを得たのではなく、もともと４度以上の気温だったのです。１．５ｍより低い部分が冷たい地表面より順次冷やされていったのであって、地表面から放射エネルギーを得たわけではありません。１．５ｍの４度も４度以上の高温から４度に下がったものと解釈いたします。したがって永久機関にまで話を展開するまでもないと思います。

　大学レベルの議論がされている中に中学生的な書き込みをさせていただきました。いまさら出る幕ではないようでしたらスルーしてください。

参考URL：

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%80%86%E8%BB%A2%E5%B1%A4

お礼

回答ありがとうございます。

私は「放射冷却現象は熱力学第２法則に反しないか？」と質問させてもらっています。
これは「放射現象で、地面の冷却など起きないのではないですか？」です。

紹介して頂いたページをみますと「普通ならば高度の上昇にともない気温が低下」するとありました。
「普通ならば地面付近に近づけば気温があがる」ことになります。
ですから、放射冷却現象で地表面が1.5メートルの温度より低くなるのは「普通」のことでありません。

馬鹿な話ですが、地表に冷却器を置いて放射冷却現象が起こりそうな日（晴れて、風のない日）に必ず誰かが冷却器のスイッチを押していれば、放射冷却現象の原因は冷却器だとなります。
こうした冷却器のメカニズムを問題にしています。

勝手な想像ですので聞き流してもらいたいのですが、空気は暖かい空気と冷たい空気が混ざりにくいという奇妙な性質をもっています。
ですから断熱材である４度以上の空気が冷たい地表面より順次冷やしていったのでは、おそらく地表の温度が0度などではとても足りないでしょう。（記憶が不確かで申し訳ありませんが3時間で7度位下がったかな？）

**************************
奇妙というのは、空気が「分圧の法則」をみたしていないという意味です。
朝永振一郎先生の「物理学とは何だろうか」（手元のあるのは「みすず書房」、岩波書店からも岩波新書として出版されています）ｐ208にドルトンの分圧の法則の記述があります。
次のようなものです。

「二種類の気体をまぜて容器に入れると、それらの気体は一様に混じり合い、その重さにちがいがあっても水と油のように分かれることはない。云々...」）

実際の空気は重たい気体が下に軽い気体は上に浮かぶはご存知のとおりですので、明らかに分圧の法則と違っています。

重い気体が周りの空気とに膜はありませんから
　　　　「何故、混ざらないか？」
を説明しなければなりません。

ヘリウム風船は膜によりヘリウムだけが集まり、はじめて質量密度が小さくなって浮かびます。

気体成分（窒素や酸素やCO2）は常温下では秒速数百メートルで飛び回っているはずですから、本来は混ざってしまうはずです。
　　　「CO2は重たいから下に沈む」
では物理的な説明としては不十分です。
この問題は「放射冷却現象」と比べ、はるかに難しい問題だと思います。
こうした問題を無視する気象屋さんに地表面の温暖化問題など解けるわけがありません。

話が横道にそれました。
***********************

皆様から頂いた回答は冷却のメカニズムを「放射現象」で説明しようとしたわけですが、回答は第2種の永久機関ができて熱力学第2法則に反して見えるので、私は信じることができないのです。

もちろん、ご指摘のように地表面が0度以下で1.5メートルの高さの温度計が4度でも実際に起きているのですから、それでよいのです。しかし、それを説明する理論が
熱力学第1法則（エネルギー保存則）や熱力学第2法則に反してはならないのです。

問題にしている現象が力学的なエネルギーだけを考えて、エネルギーの保存則が成り立たないようにみえたら、電気的エネルギーを加えて考えてみるなどすることでしょう。
同様に熱力学第2法則に反して見えるのなら、何か変化する作業物質を加えて考えるのも一つの方法だと思います。
私は地表面や空気を冷やす作業物質として空気中にある液体や固体の水を提案させてもらいました。
おそらく液体や固体の水の温度は湿球温度と呼ばれる温度に近いでしょう。
関東平野では500メートル程度まで冷える（寒気が溜まる）ようです。
この500メートルと言う数字は単位質量あたりのエネルギーで見ないと見えにくいです。
蛇足ですがこうして陸上にできた冷気が海上の暖気接する所で沿岸前線と言う局地的な前線を作ることがあります。
地表面付近の冷却現象はよく起こることです。
また、脱線してしまいました。

ありがとうございました。

補足

補足
厚生省の回答についての再質問を補足にしたいと思います。

厚生省の回答１　
(省略)..
仮に惑星の大気が全く温室効果を持たない状態を考えると、地表付近が放射平衡温度で代表される温度で安定するものと予想されます。

質問(1) パンフレットでは平均気温マイナス19度となっています。これは地表面（地表1.5メートル）の温度ですが地表付近を地表面としたのは何故ですか？
質問(2)「地表付近が放射平衡温度で代表される温度で安定するものと予想されます。」の科学的根拠はなんですか？
　金星のアルベドを0だとすると放射平衡温度は約309Kですから摂氏プラス36度程度となりますので「金星の地表面は摂氏プラス36度程度より低い温度で安定すると予想される」ことになります。
　金星の温度減率は100度/kmで大気の厚さは雲まで50km（少なくとも40km以上はある）とすると、地表と雲の間には「温室効果」を考えなくても500度程度の温度差が必要になります。
　温度の下限は摂氏マイナス273度程度ですから金星の地表面は摂氏プラス227度以上になり矛盾します。

厚生省の回答2-1　▲温室効果のメカニズムについての回答について

前回の回答と重複部分もございますが、温室効果の仕組みの概要は以下のようになります。
水蒸気やCO2等の温室効果ガス(GHG)は、地表面からの放射のうち赤外領域の電磁波を吸収して振動し、今度はGHG自体が赤外線を再放射します。この再放射の一部は地表方向に向かうため、地表面はGHGの働きがないときに受ける太陽放射に加え、再放射分だけより大きな放射を受けることになります。

質問(1)「地表面からの放射のうち赤外領域の電磁波を吸収して振動し」は振動の自由度から他の自由度にエネルギーが等分配されGHGの近傍の大気の温度よりあがると言う意味ですか？
質問(2)「今度はGHG自体が赤外線を再放射します。」はGHG固有の周波数の赤外線を再放射する意味ですか？わざわざGHGとしてますので大気が放射する赤外線とは異なるものと理解しますが、GHGが放射する固有周波数とはどのようなものですか？

厚生省の回答2-2　▲温室効果のメカニズムについての回答について
このときの状態を赤外領域の地球放射について大気圏外から観察した場合、大気圏の下層では温室効果がなければ大気を素通りして観察できるはずの赤外線の一部が再放射で地表方向に戻されてしまっているため、大気の下層はより暗く不透明に見えることになります。放射平衡温度については、この大気の下部が暗く不透明に見えている状態を元に考えているためより高い位置で平衡が成り立つ、ということになります。

質問(3)　暗く不透明に見えているとは、具体的にどのようなことを言っているのですか？たとえば、赤外画像（大気圏外から地球を見ている）で日本列島（地表面）がみえますが　　　　日本列島がどのように見えていると言うのでしょうか？　
質問(4)　1.の質問(2)と重複するかもしれませんが、何故、体気の下部が暗く不透明に見える状態を元に放射平衡温度を考えるのですか？

回答No.15

torosecond

補足ができませんでしたので、ここで補足します。

環境省からの回答が1月12日にありました。内容は
1.温室効果や放射平衡温度の一般的な説明(?)。
2.詳しい内容は教科書で勉強するか研究機関等へ問い合わせてくれ。
とのことだったので、
「パンフレットの内容について説明を求めている」との趣旨で再度質問しています。
ここでは環境省が回答してきた放射平衡温度の一般的な説明を見ることによって補足に変えたいと思います。
まず、補足に入る前に、昔（？）あった温室効果に関するバカらしい説明を紹介します。

温室効果に関するのバカらしい説明
「地球は宇宙からみるとマイナス18度（温度計A）である。しかし地球の表面の温度はプラス15度（温度計B）で、この33度の温度差は温室効果によるものである」
ほんとうに、このようなバカらしい説明があったことを記憶してます。
どこが「バカらしい」のか説明をする必要もないともおもいますが、
1.温度計AとBが同じ場所の温度を計っていたのならAかBあるは両方の温度計が壊れている。
2.温度計AとBが壊れていないならAとBは別な場所の温度を計っている。
ことになります。
33度の温度差は「温室効果」とはまったく関係がありません。こじつけで「何か人をだますのが目的」のような説明です。

補足
★「環境省が示した放射温度の一般的な説明」
「また放射平衡温度との関係については、次のような説明が概略でなされているようです。宇宙から地球を赤外領域の電磁波について観察した場合、GHGは赤外線に対し不透明であるため、より高い位置（単純な計算では地上からの高度約5.5km）に表面があるように見える。放射平衡温度がこの表面で成り立つこと・気圧等気象学的な要因により対流圏には約摂氏6度/kmの温度勾配があることから、地表付近の温度は温室効果がない場合に比べて摂氏で約33度程高くなる。」

こうした回答がありました。「放射平衡温度がこの表面で成り立つこと」の表面とは高度約5.5kmの面であると判断できるでしょう。対流圏には摂氏6度/kmの温度勾配があるのは主に大気の持つ「位置エネルギー」によって説明されます。
放射平衡温度が高度約5.5kmにあること、地表が摂氏6度/kmの温度勾配のため約33度高くなって地表がプラス15度になることは「温室効果」とは関係がありません。最後の
「地表付近の温度は温室効果がない場合に比べて摂氏で約33度程高くなる。」
は何か意図（悪意？）して付け加えたことになります。

★「環境省が示した放射温度の一般的な説明」は環境省が科学的根拠があると思って回答したものです。（思わなかったら回答などではない）環境省が引用したのですから、この説明は偉い学者さんが書いたものと想像できます。私は放射平衡温度となんら関係がない「温室効果」を原因であるかのように言うこの想像上の学者は
「知的うそつき」
ではなく自分の研究への利益誘導をはかる、ただの
「うそつき」「詐欺師」
と思います。こうした、説明を回答として送ってきた環境省はマイナス？点（落第点）です。

私などより物理学に精通されている環境省の方に申し上げたい。
常識として、物が燃えるなどの変化がなければ
「2酸化炭素がいくらエネルギーを吸収しても、2酸化炭素はエネルギー源の温度を越えることはできない。」
ことは理解しているはずです。なぜなら
「エネルギー源と2酸化炭素の温度差を利用して仕事を取り出し、仕事を利用し終わった熱エネルギーを元のエネルギー源に戻せば第2種の永久機関になる。」
からです。
環境省の方は地表面の温暖化について、多くの事実を知り危機感をもっているはずです。
だからこそ、「温室効果ガス削減キャンペーン」があるのだと思います。
「温室効果ガス削減キャンペーン」を行う意義はなんですか？あなたのお仕事は何ですか？

人間が気候を変え始めているのはおそらく事実でしょう。私には、生活がさらに快適になってほしいというエゴがあり、また、人間が協調してエネルギー消費を抑えるなどできないと悲観しているのかもしれません。（アメリカが原子力発電所を１００基作る計画があることを1月上旬、民放TVニュースで知りました。）
私が、「熱力学第2法則」に反しないか？と皆様に質問したのはどうしてか考えると、私は人間が気候を変えるほどの影響力を持つ現在、「人間は気候をコントロールすべきだ」と思っているのかもしれません。

この場で不快な思いをされた方にはお詫び申しあげます。申し訳ありませんでした。
たくさんの回答、有難うございました。そろそろ、質問の回答を締め切ろうと思います。

回答No.14

masa2211

すみません、参照ＨＰを張り間違えました。
こちらを貼る予定でした。
http://www.asahi-net.or.jp/~rk7j-kndu/kisho/kisho02.html
地温20度として、大気からの放射は地面からの放射の約8割。

一方、放射冷蔵庫の計算は、大気からの放射はスッ飛ばされています。
http://www.hidenka.net/hidenkaseihin/frig/plinciple.htm

＞太陽電池についてですが....私は「太陽電池は永久機関ではない」と判断します。
まあそれはそうなのでしが、jkpawapuroさんもそういうことは承知で書いています。
つまり、
・放射冷却という現象も、太陽電池と同様、太陽からエネルギーを得ている現象である。
　といっています。
すなわち、放射冷却も太陽電池の両方とも永久機関と考えるか、両方永久機関ではないと考えるか、
どちらかでないと論理がおかしいということです。

放射冷却のサイクルはこうなっています。
日中：太陽からの放射で地温上昇。
夜間：地面からの放射で地温下降。

で、永久機関の定義はこう。
・永久機関の外部とエネルギーを授受せずに永久に動き続ける機関。

地球と大気だけからなる機関の場合：
地球から宇宙に放射という形でエネルギーが出ている。
この時点で、永久機関の定義を外れてしまう。
地球を断熱材で囲って、（どうやるかは別として）外部からの熱の出入りを遮断した場合、
地表からの放射が宇宙に届かず反射されて地球に戻ってくるため、地温も気温も下がらない。
すなわち、永久機関ではない。

地球と大気と宇宙空間（太陽含まず）を熱機関と考えた場合：
太陽からの熱供給が無い。
時間とともに、地面・大気の温度は下がり、宇宙の温度までおちた時点で止まる。
すわわち、永久に動くわけでなないので、永久機関ではない。

地球と大気と宇宙空間と太陽を熱機関と考えた場合：
太陽が燃え尽きた時点でサイクルが停止する。

放射冷却というのは、地面も大気も温度は下がり続けているだけで、温度が上昇することがありません。
ですので、マクロ的にみれば、
地面と宇宙空間の温度差を熱源として、地面から宇宙に熱を移し、
そのときに一部のエネルギーを仕事として回収し、仕事により気温と温度差ができた
ということなので、普通の熱機関と同じことであり永久機関の要素は無いはずです。
１サイクルまわすためには、何かの方法で地面を加熱する必要があります。

＞温室効果ガスが全く存在しなければ（省略）平均気温は-19℃になるといわれています。」
＞とありますが、この根拠は何ですか？
＞放射平衡温度のことでしょうか？
そのとおりです。
http://homepage1.nifty.com/kow1/jugyo/3-10.html

＞より太陽に近い金星の放射平衡温度は-48℃
惑星の反射率は、現時点での測定値を使っています。（金星の反射率はものすごく高い）
金星の温度が下がれば、雲が減って反射率も下がり、もっと温度が下がり氷つけば反射率が再び上がる
というような現象が起きますが、そういったことは計算に入っていないことに注意してください。

＞温室効果ガスは地表面の温度以下になると思われますが、この解釈でよろしいですか？
温室効果ガスの温度イコール大気温度なので、そのとおりです。
ただし、夜間の気温を使わないでください、１日の平均気温を使ってください。
また、ある地点の温度をそのまま使わないでください。地球平均を使ってください。
　※地球の7割は海なので、海水温を使って平均を求めてください。
　※※ごく一部の地域あるいは時間なら、地温＜気温で支障はありません。
　　　地球内での熱の授受があるためです。

ＮＯ.12
＞＞「温室効果の最も普通の説明は、放射されるはずのエネルギーを吸収（or反射）してしまう。
＞申し訳ありませんが、私にはあまり普通の説明とは思えません。
え？　リンク先の環境省のPDFの説明も「放射されるはずのエネルギーを吸収」そのものなんだけど....

お礼

指摘ありがとうございます。...

申し訳ないのですが、正直、私には何をおっしゃっているのか理解できません。
申し訳ありません。

少しわかったのは「環境省への質問を補足に使う前に放射平衡温度について補足すべきだった」です。

この質問に目を留めて頂ける方のために、少し放射平衡温度について補足いたします。
放射平衡温度を紹介しているHPはたくさんあるようですので具体的な式はそうしたHPを参照してください。
例えば
http://kobam.hp.infoseek.co.jp/meteor/radiation-balance.html
単純な式なので、式を追うのは難しくないと思います。

計算式をみれば、地球の表面積を断面積で割る必要があるのがわかると思います。
結果、地球の中心から距離と放射平衡温度とは「無関係」となってしまいます。
「無関係」とは海抜0メートル、富士山頂、エレベスト山頂、上空10キロメートルでも同じ値になってしまうと言うことです。
地球が月と同じ大きさでも同じ放射平衡温度になります。
月と地球の反射率が同じで、環境省のHPの値マイナス19が放射平衡温度なら、「月面の平均気温はマイナス19と言われている」となります。現実の月をみれば私には適切な表現に思えません。

さて、
Aが「放射平衡温度を、地表面の温度」と言う時、Bに「放射平衡温度を上空5500メートルの温度」と言われたときAは否定できるでしょうか？Bは観測結果を根拠にしています。

私は放射平衡温度は、宇宙から見たときの大気の平均温度と見るべきだと思いますし、それが一般的でしょう。
観測事実からは、
「放射平衡温度は5500メートル（気圧では約500hPa）付近にある。」
これくらいが限界だと思います。
地表面の温度とするのは私は言い過ぎだと私は思います。

放射平衡温度はマイナス19℃ではなくマイナス18℃とする方が一般的かもしれません。
地球の場合、約5500メートル位の所にあり、5500メートルの上空からみれば大気の温度上昇率は100メートルで0.6～0.8℃なので地表は温度はプラス15～26℃となります。
地球の平均気温15℃だそうですがこれと大きく変わらないと思います。
地球の直径を考えれば、5500メートルなど誤差範囲におもえますので、
私の印象では、「よくこんな大雑把な計算で、よくここまで合うものだ。」です。

金星の大気をCO2だけとして計算すると温度上昇率は100メートルで約1.0℃位だったとおもいます。（あやふやな記憶で申し訳ありませんが地球の理論値と同じくらいだったと思います。　mg/Cp　を100倍した値です。mはCO2の分子量　gは金星の重力加速度　CpはCO2の定圧モル比熱です。これで近似出きるはずです。）
手元の「惑星気象学」（松田佳久著：東京大学出版会）のp6には「温度減少の割合は以下に述べる乾燥断熱減率にほぼ等しい」とあり地上70km程度までの温度分布（観測値です）をがしめされています。
説明は省略しますが、乾燥断熱減率にほぼ等しいは金星の大気はほぼ「理想気体」とみなせることになります。
金星の大気は厚く、地表から雲の高さまでは40キロメートル以上のようです。
雲のある所はいくらなんでも理想気体とみなすのは危険ですので、40キロ程度まで金星の大気を理想気体とみなします。
すると雲と地表の間に400K以上の温度差必要になります。
少し理屈を言うと、上空のCO2が衝突繰り返しながら地上へと向かうとき位置エネルギーが運動エネルギー等になるはずなのです。
このことで、地上付近に向かうほどCO2の平均運動エネルギーが大きくなることが要請されます。
平均運動エネルギーの増加は温度の増加に直結します。
こうした位置エネルギーを考慮すれば、金星表面の高温について「温室効果」など考える必要はないと思います。

参考に掲げたHPをかかれた先生（どなたか存じませんが）は私などより、大気のもつ「位置のエネルギー」の重要性は十分すぎるほど精通なさっているはずなのですが....？

回答No.13

jkpawapuro

1.地表と大気はそれぞれの温度に対応する電磁波を放射している。
放射率って言葉ご存知ですか？

細かく言うと
1.地表と大気はそれぞれの温度に放射率をかけた値に対応する電磁波を放射している。
となりますよ。

大気と大地を比べると大気の放射率のほうが極めて低いため、多くの場合大気の大地に対する放射は無視されています。

あと永久機関という言葉を良く使っていますが、貴方の例は全て一時的に熱を取り出せるだけで、永久ではないですよ。貴方の例だと太陽電池さえ永久機関になるように思えますが。

お礼

ご回答有難うございます。

私も、「多くの場合大気の大地に対する放射は無視されています。」と思います。
（経験則ではありますが...)
ただ、私の質問は「放射冷却現象は熱力学第2法則に反しないか？」「温室効果は熱力学第2法則に反しないか？」です。
「多くの場合大気の大地に対する放射は無視されています。」について疑問をもっているわけではありません。
このように、考えないと地表付近の大気がどようにエネルギーを溜め込むのか見えなくなってしまうとも思います。
ご教授ありがとうございます。

さて

「貴方の例は全て一時的に熱を取り出せるだけで、永久ではないですよ。」

とありますが？(説明不足だったのかも知れませんが..)
ご承知と思いますが
「カルノーサイクルを使えば、高温度の熱源と低温度の熱源から、その温度差を利用して仕事がとり出せる」
はずですが？
申し訳ありませんが、これを共通認識として私の考えを説明させていただきます。

「現実A」＝「放射冷却現象」
「地上1.5メートルの所がプラス4℃なのに、地表面では氷が張り霜が降りた（0度以下となってしまった）。」

この「現実A」を「放射」によって起きていると仮定すると
「放射により地上1.5メートルの空気の温度は、地表の温度をより高くなる」わけですから
カルノーサイクルにより仕事を取り出せます。
「放射により地上1.5メートルの空気の温度は、地表の温度をより高くなる」は永久に続くから仕事も永久に取り出せることになっていまいます。
これは第2種の永久機関だと思います。第2種の永久機関は否定されますので
「現実A」は「放射」では起きないとなります。
熱力学第2法則から「放射は永久には続かない」との回答も可能かもしれませんが、
私には「放射は永久には続かない」理由は無いように思われます。
（厳密には1.5メートルの空気の位置エネルギーを使って、可逆変化で地表まで下ろしてからカルノーサイクルを使わなければなりません。カルノーサイクルや可逆変化とは「何か」の疑問をお持ちの方は、申し訳ありませんが、適当な物理の教科書を参照願います。）

このように、「放射冷却現象」は熱力学第2法則に反するように私には見えるので質問させてもらっています。

太陽電池についてですが
太陽電池は太陽が永久に燃え続ければ永久機関になると思います。
熱力学第2法則を杓子定規に使えば
「太陽は永久には燃え続けることはできない」
と言う結論が導き出せるのでしょうか？（証明は省略させていただきます。）
単純に私は、太陽は永久には燃え続けないと思いますので、私は「太陽電池は永久機関ではない」と判断します。

ご回答に感謝いたします。
有難うございました。
今後もよろしくお願いします。

補足

「温室効果」は熱力学第2法則に反しないか？　の補足

申し訳ありませんがここで、「温室効果」は熱力学第2法則に反しないか？　の補足をさせて頂きます。

「放射冷却現象」についてはたくさんの回答を頂き感謝しています。
私は、放射するものとその環境にわけて考えて「温室効果」や「放射冷却現象」が
熱力学第2法則に反するのではないかと疑問に思っています。
ただ、この考えかたでは私がイメージしている「温室効果」がどのようなものかをわかりにくいようです。（何度か、「環境」とは何かとのおしかりを受けました）

そこで私のイメージする「温室効果」をはっきりさせたいと思います。
環境省ホームページの
パンフレット「STOP THE 温暖化 ２００８」のｐ6にある説明と理解して頂きたいと思います。
http://www.env.go.jp/earth/ondanka/stop2008/06-07.pdf

また、環境省にこの「温室効果」について質問していますので、その質問の内容を紹介し　

「温室効果」は熱力学第2法則に反しないか？　の補足

とさせて頂きます。
ただ、これは「環境省」への質問ですのでよろしくお願いします。
私の質問は
「放射冷却現象」「温室効果」は熱力学第2法則に反しないか？
です。

1.ｐ6に

「温室効果ガスが全く存在しなければ（省略）平均気温は-19℃になるといわれています。」

とありますが、この根拠は何ですか？
　　放射平衡温度のことでしょうか？

より太陽に近い金星の放射平衡温度は-48℃位ですが、そうした温度を根拠としているのでしょうか？

2.ｐ6の説明図▲温室効果のメカニズムに

「地球は太陽からのエネルギーで暖められ、暖められた地表面からは熱が放射される。その熱を温室効果ガスが吸収することで、大気が暖められる。」

とありますが、この説明と熱力学第2法則から温室効果ガスは地表面の温度以下になると思われますが、この解釈でよろしいですか？

//////////////////////////////////////
質問したのは、昨年の12月18日のようです。
今のところ、回答はありません。

回答No.12

masa2211

>「地上1.5メートルの所がプラス4℃なら、地上1.5メートルのところは
>プラス4℃に対応する電磁波（赤外線）を放射しているはず
だからといって、地表に届く電磁波が＋4℃相当とは限りません。
地表から相当高いところまで、気温がプラス4℃であってはじめて＋4℃相当の電磁波です。
特殊な状況を除けばば、高く上がれば気温が下がるから、上空までプラス4度の状態より小さい電磁波しか地表は受け取りません。
よって、地表1.5ｍの気温より地温が下がってもかまいません。

※ステファン・ボルツマンの法則は、物体からの表面の放射ですが、表面より後ろの影響がどうなるかが問題。
　地面の場合、地面は電磁波に対し不透過（絶縁物）なので表面の温度で問題なし。
　鏡の場合、鏡は電磁波を完全反射するので、これも表面の温度で問題なし。
　空気の場合、電磁波に対し透明なので、単純に適用できません。
　表面とはどこを意味するかが問題。地表1.5ｍなのか地表15000ｍなのか？
　下に示すＨＰでは、地表2500mぐらいで考えているようです。（そのあたりの気温を使えば実測と合うという意味で。）

＞＞非電化冷蔵庫の説明
＞「宇宙からの放射エネルギーは零となるので冷蔵庫にはエネルギーは届かない。
＞このように、放射がほぼ一方的であるために、放射面は夜間に冷やされる。」
＞と書いてあるといわれても、「放射面」とは何をさしているのかわかりません。
放射面とは、冷蔵庫が熱を放射するための板のことです。地表面と考えても大差ありません。
でも、
＞放射がほぼ一方的
これは困ります。大気からの放射は無視できない値を示します。
ちゃんとしたＨＰ（地球温暖化の計算などを含む）なら、大気からの放射を入れて説明しています。
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru_reply.php3?q=5546109
で、その結果、非電化冷蔵庫の冷やす能力とは、
非電化冷蔵庫のカタログ値（＝放射するだけで外部から受けるエネルギーはゼロ）に比べ、
快晴の場合で約1/6。（上記 ＨＰの2.3章参照。）
計算どおりに冷えないから、夏はロクに冷えず役に立たないと思うが......

＞＞温室効果
＞「二酸化炭素が環境のエネルギーを吸収して地表面の温度が上がる」
＞みたいな解説を聞くのですが、
聞いたこと無い解説です。
環境のエネルギーの「環境」って何？
温室効果の最も普通の説明は、
放射されるはずのエネルギーを吸収（or反射）してしまう。
なのですが。

あと、非電化冷蔵庫を弁護しておくと、
＞放射により商品の冷蔵庫はいつまでも大気の温度より低いのでいつまでもエネルギーを取り出せます。
＞第2種の永久機関が作れてしまいます。
第2種永久機関の定義を再確認してください。
これはwikipediaのものですが
・ある熱源から熱エネルギーを取り出しこれを仕事に変換し、仕事によって発生した熱を熱源に回収する装置
非電化冷蔵庫は、この定義から外れています。
太陽がなくなれば非電化冷蔵庫は冷えなくなります。（空気ごと凍りつくいてしまい、その温度は3Ｋで安定する。）
つまり、太陽からエネルギーの供給があるからこそ動作している（周囲の温度が3ｋより高い。）わけであり、
宇宙全体でみればエントロピーは増加しています。したがって、第2種永久機関ではありません。

お礼

ご指摘ありがとうございます。
はじめに、前後してはしまいますが、
誤解があってはいけませんので第2種の永久機関の定義について整理させて頂きます。

「ある熱源から熱エネルギーを取り出しこれを仕事に変換し、仕事によって発生した熱を熱源に回収する装置」

と定義されていますが.....
申し訳ありませんが、あまりにも省略が多く私には意味不明です。

ご指摘のwikipediaをみましたら
「熱力学第一法則（エネルギー保存の法則）を破らずに実現しようとしたのが第二種永久機関である。 仕事を外部に取り出すとエネルギーを外部から供給する必要ができてしまう。 そこで仕事を行う部分を装置内に組み込んでしまい、ある熱源から熱エネルギーを取り出しこれを仕事に変換し、仕事によって発生した熱を熱源に回収する装置が考えられた。 このような装置があればエネルギー保存の法則を破らない永久機関となる。」
とありました。
私は、「第2種永久機関とはエネルギー保存則を破らない永久機関」と解釈しています。
こうした第2種永久機関は、熱力学第2法則により否定されていると信じています。
エネルギーは仕事であっても別の形のエネルギーであっても構いません。仕事は電気エネルギーになるでしょし、電気エネルギーになれば、容易にあらゆる形態のエネルギーに変換可能なのは知られるところです。
私には
「放射により商品の冷蔵庫はいつまでも大気の温度より低いのでいつまでもエネルギーを取り出せます。」　
は第2種永久機関だと思えます。

さて、
「特殊な状況を除けばば、高く上がれば気温が下がるから、上空までプラス4度の状態より小さい電磁波しか地表は受け取りません。よって、地表1.5ｍの気温より地温が下がってもかまいません。」
ですが、申し訳ないのですが、これはどのようなことをおっしゃっているのか計り兼ねています。
私は量子力学をあまり勉強していないので詳しいことは判りませんが、
シュテファン＝ボルツマンの法則は、プランクの放射公式から導出されているようです。
プランクの放射公式は空洞（空間）のエネルギー密度を計算しているようですが....?。
大気を空洞と考えるのは乱暴（少なくとも熱容量は違うと思います）だと思いますが、ご指摘では「上空にエネルギー密度の小さい所があるから地表に向かってエネルギー密度が大きくなっていても、地表近傍のエネルギー密度が小さくなってもよい」そうしたサンドイッチ状態になってもよいともとれます。

いずれにしても
「放射によって地表1.5mの気温より地温が下がる」と仮定すると
地上1.5mの空気を「高温度の熱源」、地表を「低温度の熱源」としてエネルギーを取り出せます。
地表は仮定により放射に地上1.5mの空気の温度より低いので永久にエネルギーを取り出せることになります。
これは、第2種の永久機関が出きることになります。
第2種の永久機関は否定されますので
「放射によって地表1.5mの気温より地温が下がる」は否定されますので。
「放射では地温は地表1.5mの気温より下がらない」となります。

申し訳ありませんが、私には
「特殊な状況を除けばば、高く上がれば気温が下がるから、上空までプラス4度の状態より小さい電磁波しか地表は受け取りません。よって、地表1.5ｍの気温より地温が下がってもかまいません。」
は熱力学第2法則に反しているように私には思えます。

ご指摘の

「温室効果の最も普通の説明は、放射されるはずのエネルギーを吸収（or反射）してしまう。なのですが。」

は申し訳ありませんが、私にはあまり普通の説明とは思えません。
第2種の永久機関のように何か省略している部分があるのでは？とは思いますが.....
「温室効果は、放射されるはずのエネルギーを吸収（or反射）して」
どのようなことが起こるのでしょうか？

私が問わさせて頂いている温室効果の環境とは、２酸化炭素の近傍の空気（空気分子成分、空間)や地表面です。
「聞いたことがない」のなら仕方の無いことだと思います。
「聞いたことがない」のなら残念ながら私がお聞きしている「温室効果」とは違う「温室効果」かもしれません。

今後もよろしくお願いします。

回答No.11

indoken

No.9です。諦めようと思いますが、もう一度だけ再説明します。

放射温度計の例で、中間にある空気が放射についてほぼ透明であることが分かってもらえると思ったのですが、相変わらず 考えA、考えB の話を展開しておられるのですね。

> 商品の説明には、大気が放射する電磁波がどうなるのかの視点がないようでしたので私には理解ができませんでした。
非電化冷蔵庫の理論面の説明に、「空に星が見えている時には、宇宙が見えていることになり、宇宙の温度はほぼ絶対零度である(正確には３Ｋ）から、宇宙からの放射エネルギーは零となるので冷蔵庫にはエネルギーは届かない（但し、大気からは赤外線が放射されるので、正確には零ではない）。　このように、放射（輻射）がほぼ一方的であるために、放射面は夜間に冷やされる。」とはっきり書いてあるのですがね。

> 私の独自理論と思われているようですが....
> これは「熱力学第2法則」を使った伝統的な考え方です。私の独自理論ではありませんのでよろしくお願いします。
わたしが独自のと申し上げているのは、放射のやりとりの部分についてです。熱力学第２法則のことではありません。
「エネルギー注入なしに何時までもエネルギーを取り出すことが可能」と書いたのは、非電化冷蔵庫に関してです。直後に「これはエネルギーのやり取りを考えれば分かることですが、」と書いておきました。非電化冷蔵庫も宇宙との間で放射エネルギーをやり取りして、その結果受け取ったエネルギーの差を取り出すことができるのだということを、言外に述べて、注意を引き、さらに続けて「いわゆる永久機関ではありません。」と書いて、立場を明記しておいたのですが、おわかりいただけなかったのですね。
「エネルギー注入なしに何時までもエネルギーを取り出すことが可能」と敢えて書いたのは、逆説的な表現が、（不注意な人にとっては）見かけ上何もエネルギーを使わないのに冷蔵庫が冷えるという大変奇妙な現象（=非電化冷蔵庫）を紹介するのに適していると思ったからです。誤解がないように書き直せば、「エネルギー注入なしに"であるかのように見える装置から"何時までもエネルギーを取り出すことが可能」となります。

>「地表面の温暖化」は、だいたい「地表面での熱エネルギーの蓄積」この文は、単なる言い換えです。

>「温室効果」は仮説で熱力学第2法則に反するように思えたので、すぐに無くなってしまうだろうと思ってました。
> それが、今や、まだ仮説の段階なのに仮説のラベルがはがされてしまった印象です。
ここは、全く理解できません。

>「CO2を出さなければいくらでもエネルギーを使ってもよいのだ」とする風潮があるようにも思います。
> しかし「エネルギーを使えば、地表面での熱エネルギーの蓄積はとまらない」とも思います。
あいにく私にはフォローできません。エネルギーの無駄遣いはもちろん避けなければないませんが、地球が温暖化しているのは 地球でエネルギーをたくさんつかっているからでは（ほとんど）なく、地球からの熱エネルギーの放出が滞るようになってきたからです。（tamasecondさんの考え違いが、考えA、B 由来だということは推察できます。）

>「現実A」は理論的にけりをつけなくてはいけない、
「現実A」に関して、けりをつけなくてはならない理論的な問題点は無いように思います。地表面の放射冷却は理論によって正しく予測できますし、非電化冷蔵庫も、放射温度計も、理論によって設計、製品化されて実用されています。

お礼

ご指摘ありがとうございます。

申し訳ないのですが...繰り返させて頂きます。
私は
「考えA」
1.地表と大気はそれぞれの温度に対応する電磁波を放射している。
2.地表は電磁波を放射するが、大気から電磁波を受け取る。
と考えています。

空気はこのような電磁波に対しほぼ透明ですので
「地表は電磁波を放射するが、大気から電磁波を受け取る。」
と考えています。

商品の説明（？）ですが
「宇宙からの放射エネルギーは零となるので冷蔵庫にはエネルギーは届かない（但し、大気からは赤外線が放射されるので、正確には零ではない）。　このように、放射（輻射）がほぼ一方的であるために、放射面は夜間に冷やされる。」
と書いてあるといわれても、「放射面」とは何をさしているのかわかりません。

地表面だとすると少し説明不足です。
私は「考えA」ですので、放射で地表面だけが冷やされるのではなく大気も冷やされると思います。

そして放射が起きても

地表の温度＞大気の温度

となると信じています。

私の独自理論ではない放射理論を用いてもこの関係は変わらないと思います。
（何をさして私の独自理論とおっしゃられているのかちょっと不思議ではありますが...)

さて、一般的な冷蔵庫（強制的に冷やされているので）は大気の温度より低いと思います。

冷蔵庫の中の温度＜大気の温度

となると思います。

そして、商品の冷蔵庫ですが

「温度の関係A」
商品の冷蔵庫の中の温度＜大気の温度
とします。

「温度の関係A」にならないと、これは冷蔵庫なのかと疑問をもたれると思いますので「温度の関係A」が放射により成り立っている仮定します。
（商品の説明では「温度の関係A」になるとの記述はないとはおもいますが..)

「温度の関係A」を満たしている＝「放射で商品の冷蔵庫の中の温度が大気の温度より低くなる」と仮定しますと
大気を「高温度の熱源」、商品の冷蔵庫を「低温度の熱源」として温度差を利用して２つの熱源からエネルギーが取り出せます。
放射により商品の冷蔵庫はいつまでも大気の温度より低いのでいつまでもエネルギーを取り出せます。
第2種の永久機関が作れてしまいます。
第2種の永久機関は否定されますので
「放射で商品の冷蔵庫の中の温度が大気の温度より低くなる」は誤りだとなります。
放射では「温度の関係A」にならないと冷蔵庫だと思います。

放射が原因でないならば?紹介して頂いた意味が?

「地表面の温暖化」は、だいたい「地表面での熱エネルギーの蓄積」
としたのは、エネルギー保存則を使って考えたいからです。
「だいたい」の意味は
気体の水が液体や固体に変わる時のエネルギーもかなり大きいので私には無視できないからです。
「平均気温が1℃上昇したと判った」だけでは、具体的に地表付近のエネルギーがどの位増えたのわからないので、ご指摘のように言いかえをいたしました。
説明不足でした。すいませんでした。
また、説明の機会を与えて頂いたことに感謝致します。

今後もよろしくお願いします。

すこしこの場をお借りします

「現実A」の謎について
「現実A」の謎を追うには地表を冷やす作業物質を考えるのがてっとり早く、その候補として私は水をあげました。
大気中には、気体だけではなく、液体や個体の水があります。
そうした液体や個体の水の温度は何度なのか？との疑問をもてば50％位「現実A」の謎に迫ったと思います。
不思議に思われるかも知れませんが、大気中にある液体や個体の水は回りの空気の温度より一般に低くなります。
そうした、大気中の液体や個体の水の振る舞いを追っていけばかなりの所まで解るとおもいます。
おそらく、たいした謎ではないでしょう。

今後もよろしくお願いします。

回答No.10

okormazd

>「考えB」

>「地上1.5メートルの所がプラス4℃なら、地上1.5メートルのところは
>プラス4℃に対応する電磁波（赤外線）を放射しているはずだ、その電
>磁波を受けている地表面が0℃以下になるはずがないな。」

>と考えたのです。どうでしょうか？

>「考えB」は放射を使った自然な考え方だと思ってもらえないでしょう
>か？

全く思いません。

「考えB」
「太陽が6000Kなら、6000Kに対応する電磁波を放射しているはずだ、その電磁波を受けている地表面が6000K以下になるはずがないな。」

>しかし、現実は

>「地上1.5メートルの所がプラス4℃なのに、地表面では氷が張り霜が

>降りた（0度以下となってしまった）。」

>となりました。

「現実A」
「太陽は6000Kなのに、地表面では288Kとなってしまった。」
となりました。

何を言いたいのかわかりません。

いずれも入射エネルギーと放射エネルギーの平衡の問題です。
まさに熱力学第2法則そのものです。

くだらないから答えまいと思っていましたが、これ1回だけ答えますが、たぶん理解されるのは無理でしょうね。

お礼

ご指摘有難うございます。
ただ、地表と温度を観測している所は距離は1.5メートルですので....
太陽の表面から1.5メートルの所を太陽の「表面」と言わないか？の問題は残りますが、この距離に地表面があれば

「考えC」
「太陽が6000Kなら、6000Kに対応する電磁波を放射しているはずだ、その電磁波を受けている地表面が6000K程度（誤差は別にして）から外れるずがないな。」
と考えます。

そして、観測結果が違えば「おかしいな？」と思います。

（微妙な言い回しの変化はありますが、地球上では重力の影響を考えなければならず、外から強制的に冷やさない限り地表面が一番暖かいはずだからです。今回は太陽の重力を考えるべきだから、太陽に近いほうの温度が高いことになるとは思いますが、このような極限状態では単なる推定になるかもしれません。）

大変恐縮なのですが、どこがお答えなのか判断するのに迷っています。
「いずれも入射エネルギーと放射エネルギーの平衡の問題です。まさに熱力学第2法則そのものです。」
は問題提起の導入のようにおもえるのですが...
恐らくは、地球表面が放射バランスすべきなんだとおっしゃられているようなのですが。
それならば、全く同感です。（地球表面が何処の高さなのかは、別の議論ですが...）
私には「お答え」がわからないので確かに私には理解はできません。申し訳ありません。

これ1回と言わず、これからもよろしくお願いします。

私は
「現実A」
「地上1.5メートルの所がプラス4℃なのに、地表面では氷が張り霜が降りた（0度以下となってしまった）。」
を「放射冷却現象」が起きて冷えたと説明されているのではないか？

「放射冷却現象」＝「現実A」は熱力学第2法則に反していなかと問わさせてもらっています。
また、放射の考え方を使って「現実A」＝「放射冷却現象」を説明できる人にお会いしたことがないことを紹介しました。
常識的にも「現実A」は放射理論では説明できません。

（この問題は、地表面を冷やす作業物質を探すだけで割りと簡単にけりがつくと思っています。霜が降りるので、その作業物質は水だろう位の想像はつきます。ただ、私が解決できないのは事実です。）

この場をお借りして
放射（理論）をつかって温室効果では温まり、「放射冷却現象」では冷える結果になっています。
私には全くのご都合主義で理論（？）がいじられているように思われてなりません。
だから、こそ現象を熱力学第2法則でチェックする必要があると思います。

私が、温室効果を
「CO2が環境のエネルギーを吸収するのでCO2の温度が上がる」みたいな乱暴（非科学的）な発想
としたのは
熱力学第1法則（エネルギー保存則）だけで、
「CO2が環境のエネルギーを吸収するのでCO2の温度が上がる」
なんて言う科学者や政治家がいたら、…。
言葉は差し控えたほうが良いようです。

これからも、よろしくお願いします。

回答No.9

indoken

補足とお礼がありましたので、ちょっと追加します。

なぜ非電化冷蔵庫が参考になると思ったか とお書きですね。うまく伝わっていないようで、残念です。

放射と温室効果について 独自の理論を展開して、「あり得ない」と結論付けておられるようなので、そのあり得ないものが「実在する」ことを書いたのです。

非電化冷蔵庫は、放射でエネルギーを宇宙の果てに放出し、（温暖化ガスではなく）断熱材を使って、温度を保つようにしています。

皆さんとのやり取りを読んで 私が思ったのは、空気が赤外放射について大方「透明だ」ということが、理解の要点なのではないか ということです。

放射温度計というものをご存知でしょうか？カメラを向けた物体の温度を離れた所から、直ちに測定できるものですが、これは物体とカメラの間の空気が赤外放射について（ほぼ）透明だから出来ることなのです。
地面の放射冷却についていえば、地面付近には確かに空気がありますが、そこは赤外放射について ほぼ透明なので、中間にある空気の温度が何℃であろうとも、地面は宇宙とほぼ直接に赤外放射のやり取りをしているのです。（実際には温室効果ガスや雲、チリがあって完全に透明ではなく、このあたりが地球温暖化に関連してきますがね）
その結果、地面付近の環境から 伝導や対流や放射でエネルギーが流れ込むことが無ければ、地面の温度は宇宙の先と同じ温度になります。

非電化冷蔵庫は、完全な形ではありませんが、空に向けた放射パネルと断熱材で、これを実現しているのです。
当然のことながら、曇り空だと、エネルギーのやり取りが妨げられるので、非電化冷蔵庫はあまり冷えません。

ついでに言えば、非電化冷蔵庫の壁に穴をあけて適当な装置を取り付ければ、エネルギー注入なしに何時までもエネルギーを取り出すことが可能なんですよ。（冷蔵庫としての意味は薄れますがね）これはエネルギーのやり取りを考えれば分かることですが、いわゆる永久機関ではありません。

お分かり頂けるとうれしいです。

お礼

ご指摘有難うございます。

「私の考え」がはっきりと伝わらなかったのは私の責任だと思います。
煮え切らない表現だったと思います。すいませんでした。
私が空の温度を持ち出したのは空も電磁波（当然赤外線も含みます）を放射しているはずだと思っているからです。私は

「考えA」
1.地表と大気はそれぞれの温度に対応する電磁波を放射している。
2.地表は電磁波を放射するが、大気から電磁波を受け取る。
と考えています。

商品の説明には、大気が放射する電磁波がどうなるのかの視点がないようでしたので私には理解ができませんでした。

ところで、私は「考えA」と考えていますので
「地上1.5メートルの所がプラス4℃で、地表面で氷がはり霜が降りる」とは、はじめ信じませんでした。
何故なら、

「考えB」
「地上1.5メートルの所がプラス4℃なら、地上1.5メートルのところはプラス4℃に対応する電磁波（赤外線）を放射しているはずだ、その電磁波を受けている地表面が0℃以下になるはずがないな。」
と考えたのです。どうでしょうか？
「考えB」は放射を使った自然な考え方だと思ってもらえないでしょうか？
しかし、現実は

「現実A」
「地上1.5メートルの所がプラス4℃なのに、地表面では氷が張り霜が降りた（0度以下となってしまった）。」
となりました。

それぞれ別の場所で数人の専門家に「考えB」なのにどうして「現実A」になるの？
とシンプルな質問をしたことがあります。
不意打ち的な質問だったのかもしれませんが、こうしたシンプルな質問に答えられなかったのも事実です。
「放射で冷えるわけありませんよね？」と聞いても説明ができなかったのです。

さて、変わった奇妙な考え方についてですが、私の独自理論と思われているようですが....
これは「熱力学第2法則」を使った伝統的な考え方です。私の独自理論ではありませんのでよろしくお願いします。
もちろん、伝統的な考え方を私が誤って使っている可能性はあります。

私は熱力学第2法則のファンなので
「エネルギー注入なしに何時までもエネルギーを取り出すことが可能」なものは無い
と思っています。
申し訳ありませんが、「エネルギー注入なしに何時までもエネルギーを取り出すことが可能」には賛同できません。
私の「主義」と思ってください。
科学に「主義」なんてあるのか？と思われるかもしれませんが、
私の知識では、これは信じるしかない事柄ですのでご容赦願います。

最後に
地表面の温暖化について興味を持っている方もこの質問に目を留めてくれると思いますので、少しこの場をお借りします。
私は「地表面の温暖化」は起こっているだろうと思います。
そして「地表面の温暖化」は、だいたい「地表面での熱エネルギーの蓄積」と考えています。（「だいたい」としたのは熱エネルギーだけではないと思っているからです）
「温室効果」は仮説で熱力学第2法則に反するように思えたので、すぐに無くなってしまうだろうと思ってました。
それが、今や、まだ仮説の段階なのに仮説のラベルがはがされてしまった印象です。
「CO2を出さなければいくらでもエネルギーを使ってもよいのだ」とする風潮があるようにも思います。
しかし「エネルギーを使えば、地表面での熱エネルギーの蓄積はとまらない」とも思います。
地表面での熱エネルギーの蓄積を大きくしたくないなら、
「現実A」は理論的にけりをつけなくてはいけない、
それが「放射冷却現象」という訳のわからない名前で「現実A」が隠されていると思います。
目に見えていない現象の解明はなされませんが、目に見えればこの程度の現象は「あっ」と言う解明されるとも思っています。（私にはできませんが....）

今後もよろしくお願いします。