Dreht sich die obere Atmosphäre mit der Erde?
Grundlegende Frage, auf die ich die Antwort wissen sollte, aber leider nicht.
Die untere Atmosphäre muss sich aufgrund von Reibung mit der Erde drehen - zumindest ganz unten.
Aber was ist mit 30 Meilen? Dort sind die Reibungseffekte längst verschwunden. Dreht sich die obere Atmosphäre mit der Erde? Wenn ja, bleibt es zurück (wenn wir uns am Boden um 360 Grad pro Tag bewegen, würde sich die obere Atmosphäre stattdessen beispielsweise um 50 Grad pro Tag bewegen)?
Dies mag die dümmste Frage sein, die ich das ganze Jahr über gestellt habe, aber ich habe ehrlich gesagt noch nie über die obere Atmosphäre nachgedacht, geschweige denn über ihre Dynamik.
Danke, wenn du das klären kannst !!
Antworten
Sicher eine vernünftige Frage.
Ein möglicherweise nützliches mentales Modell besteht darin, einen Eimer Wasser in irgendeiner Form zu drehen. Anfangs drehen sich nur die Oberflächenschichten, aber jede Schicht überträgt die Bewegung auf die nächste Schicht in und schließlich dreht sich die Einheit der Masse in einem stationären Zustand.
Ähnlich dreht sich die Atmosphäre mit der Atmosphäre über geologische Zeitskalen mit der Erde in einem stabilen Zustand. Die menschlichen Zeitskalen, in denen die Details weitaus komplexer und interessanter sind , sind jedoch für den Start von Raumfahrzeugen im Hinblick auf die Änderung des erforderlichen Deltas V nicht besonders wirkungsvoll.
Es gibt sicherlich Auswirkungen auf Design und Flugbahn aufgrund der Tatsache , die Rakete durch bewegte Luft fährt die Flugbahn verlagert, und eine Rakete kann Luftmassen schnell genug zu produzieren nicht trivial kreuzen sich bewegenden Seitenlasten .
Die untere Atmosphäre muss sich aufgrund von Reibung mit der Erde drehen - zumindest ganz unten.
Das ist wahr, aber nur ganz unten in der Erdatmosphäre, vielleicht in den letzten Millimetern. Es gibt schließlich Winde. Die Passatwinde und die vorherrschenden Westwinde (zusammen mit der Entdeckung, wie man gegen den Wind schlägt) führten zu dem 300 bis 400 Jahre langen "Zeitalter der Segel". Weiter oben ermöglichte die Entdeckung der Jetstreams Japan, Luftballons zu werfen, die später während des Zweiten Weltkriegs Bomben auf die westlichen Teile der Vereinigten Staaten abwerfen sollten.
Was gesagt werden kann ist, dass sich der untere Teil der Erdatmosphäre mehr oder weniger mit der Erde dreht, da die Geschwindigkeiten in Bezug auf die Oberfläche der Passatwinde, der vorherrschenden Westwinde und sogar der Strahlströme im Vergleich zur Rotationsrate gering sind der Erdoberfläche in Bezug auf Trägheit. Die Stratosphäre und Mesosphäre haben auch Winde relativ zur Oberfläche, aber diese Winde sind im Vergleich zu den Winden in der Troposphäre klein.
Aber was ist mit der Atmosphäre der obersten Teile? Studien in den 1960er Jahren deuteten darauf hin, dass sich die Thermosphäre im Vergleich zur Erdoberfläche superrotiert. Neuere Studien weisen darauf hin, dass dies möglicherweise nicht der Fall ist. Die Modellierung der oberen atmosphärischen Winde ist schwierig. Es ist bekannt, dass es in der oberen Atmosphäre erhebliche vertikale Winde gibt. Die obere Atmosphäre schwillt an, wenn sie tagsüber der Sonne zugewandt ist, und zieht sich zurück, wenn sie nachts der Dunkelheit des Weltraums zugewandt ist.
Die Atmosphäre würde sich mit der Erdoberfläche drehen, aber es gibt zwei Hauptfaktoren, die sie beeinflussen:
Corioliskraft
Wenn Sie berechnen, mit welcher Geschwindigkeit sich jedes Bit der Atmosphäre bewegen würde, finden Sie die größte Geschwindigkeit am Äquator und eine Geschwindigkeit nahe 0 an den Polen. In diesen Situationen sagt die Fluiddynamik, dass sich die Luft zu drehen beginnt und Wirbel erzeugt. Dies führt zu Hurrikanen auf der Erde und dem großen stabilen Wirbel auf dem Jupiter.
Sonnenwärmeeffekte, Westerlies
Ich zitiere hier nur Wikipedia, weil es gute Arbeit leistet, es zu erklären:
Wenn die Erde gezeitengebunden an die Sonne gebunden wäre, würde die Sonnenerwärmung dazu führen, dass Winde über die mittleren Breiten in polwärts gerichteter Richtung vom subtropischen Kamm weg wehen. Der durch die Erdrotation verursachte Coriolis-Effekt lenkt jedoch die Polwinde in der nördlichen Hemisphäre nach Osten von Norden (nach rechts) und in der südlichen Hemisphäre nach Osten von Süden (nach links) ab. [3] Dies ist der Grund, warum Winde über die Nordhalbkugel dazu neigen, aus dem Südwesten zu wehen, aber sie kommen dazu, aus dem Nordwesten der Südhalbkugel zu kommen. [4] Wenn der Druck über den Polen niedriger ist, nimmt die Stärke der Westwinde zu, was die mittleren Breiten erwärmt. Dies tritt auf, wenn die arktische Schwingung positiv ist und im Winter der niedrige Druck in der Nähe der Pole stärker ist als im Sommer.Wenn es negativ ist und die Drücke über den Polen höher sind, ist die Strömung meridionaler und bläst aus der Richtung des Pols in Richtung Äquator, wodurch kalte Luft in die mittleren Breiten gelangt. [5]
In einer Welt mit einer vollkommen ruhigen Atmosphäre würde sie sich mit der Erde drehen. In der realen Welt driftet die aufsteigende Luft, die von der Sonne erwärmt wird, nach Westen, da die erforderliche Umlaufgeschwindigkeit, um relativ zum Boden in derselben Position zu bleiben, mit zunehmender Höhe zunimmt. Der Coriolis-Effekt wird durch dasselbe Phänomen verursacht, wenn Sie sich nach Norden oder Süden bewegen
Es ist eine vernünftige Frage, die ihre Antwort im Konzept der planetaren Grenzschicht findet .
Die rotierende Erde zieht durch ihre verschiedenen Unregelmäßigkeiten an der Oberfläche und in der Topographie die Atmosphäre mit sich. Diese vertikale Impulsübertragung wird schwächer und schwächer, wenn man in der vertikalen Koordinate nach oben geht, bis in einer Höhe von etwa 1 km die Atmosphäre den Boden nicht mehr "fühlt" und man die frei strömende Atmosphäre erreicht.
Die genaue Dicke der Grenzschicht wird geändert, wenn Berge vorhanden sind, die leicht höher als 1 km sein können. Darüber hinaus neigen turbulente Bewegungen und Konvektion dazu, Schichten mit unterschiedlichem Impuls zu mischen und somit die Atmosphäre mitzureißen. Eine stark konvektierende Atmosphäre hat eine dickere Grenzschicht. Während dies eine turbulente Impulsübertragung beinhaltet, die im Allgemeinen ein ungelöstes Problem in der Physik darstellt, wurden Fortschritte beim Verständnis der Höhe dieser Schicht durch halbanalytische Mittel wie das Gesetz der Wand erzielt .
In der unteren frei strömenden Atmosphäre wird die Bewegung durch die Modulmasse , den Impuls und die Wärme des geostrophischen Gleichgewichts bestimmt , die von den Hadley-Zirkulationen injiziert werden . Weiter oben, wo die frei strömende Atmosphäre stabil geschichtet ist, verhält sich die Atmosphäre wie die Gasmasse eines gasförmigen Körpers ohne Boden, wie z. B. Gasriesen.