La haute atmosphère tourne-t-elle avec la terre?
Question de base à laquelle je devrais connaître la réponse, mais malheureusement pas.
La basse atmosphère doit tourner avec la terre à cause du frottement - au moins tout au fond de celle-ci.
Mais qu'en est-il à environ 30 miles? Là, les effets du frottement sont bien partis. La haute atmosphère tourne-t-elle avec la terre? Si tel est le cas, est-ce qu'il traîne derrière (de sorte que si sur le sol nous nous déplaçons à 360 degrés / jour, la haute atmosphère bougerait plutôt de 50 degrés / jour, par exemple)?
C'est peut-être la question la plus stupide que j'ai posée toute l'année, mais je n'ai franchement jamais pensé à la haute atmosphère avant, encore moins à sa dynamique.
Merci si vous pouvez clarifier !!
Réponses
Certainement une question raisonnable.
Un modèle mental peut-être utile consiste à faire tourner un seau d'eau sous une forme ou une autre. Au départ, seules les couches de surface tourneront, mais chaque couche transfère le mouvement à la couche suivante et finalement l'entité de la masse tourne dans un état stable.
De même avec l'atmosphère à des échelles de temps géologiques, l'atmosphère tourne avec la terre dans un état stationnaire. Les échelles de temps humaines, les détails sont beaucoup plus complexes et intéressants, mais n'ont pas particulièrement d'impact sur les lancements d'engins spatiaux en termes de changement de delta V.
Il y a certainement des impacts sur la conception et la trajectoire en raison du fait que la fusée se déplace dans de l'air en mouvement, décalant la trajectoire de vol, et une fusée peut traverser des masses d'air en mouvement assez rapidement pour produire des charges latérales non triviales .
La basse atmosphère doit tourner avec la terre à cause du frottement - au moins tout au fond de celle-ci.
C'est vrai, mais seulement tout en bas de l'atmosphère terrestre, peut-être les derniers millimètres. Il y a des vents, après tout. Les alizés et les vents d'ouest dominants (ainsi que la découverte de la façon de battre contre le vent) ont abouti à un «âge de la voile» de 300 à 400 ans. Plus haut, la découverte des jets streams a permis au Japon de lancer des ballons qui largueraient plus tard des bombes sur l'ouest des États-Unis pendant la Seconde Guerre mondiale.
Ce que l'on peut dire, c'est que la partie inférieure de l'atmosphère terrestre tourne plus ou moins avec la Terre car les vitesses par rapport à la surface des alizés, les vents d'ouest dominants, et même les courants-jets, sont faibles par rapport à la vitesse de rotation. de la surface de la Terre par rapport à l'inertie. La stratosphère et la mésosphère ont également des vents par rapport à la surface, mais ces vents sont faibles par rapport aux vents de la troposphère.
Mais qu'en est-il de l'atmosphère des pièces les plus élevées? Des études dans les années 1960 ont suggéré que la thermosphère super-tourne par rapport à la surface de la Terre. Des études plus récentes indiquent que ce n'est peut-être pas le cas; la modélisation des vents de la haute atmosphère est difficile. Ce que l'on sait, c'est qu'il y a des vents verticaux importants dans la haute atmosphère. La haute atmosphère gonfle lorsqu'elle fait face au soleil pendant la journée et se rétracte lorsqu'elle fait face à l'obscurité de l'espace la nuit.
L'atmosphère tournerait avec la surface de la Terre, mais il y a 2 facteurs majeurs qui l'affectent:
effet de Coriolis
Si vous calculez à quelle vitesse chaque bit de l'atmosphère se déplacerait, vous trouverez la plus grande vitesse à l'équateur et une vitesse proche de 0 aux pôles. Dans ces situations, la dynamique des fluides indique que l'air commencera à tourner, créant des tourbillons. Cela conduit à des ouragans sur Terre et au grand vortex stable sur Jupiter.
Effets de chauffage solaire, Westerlies
Je vais juste citer wikipedia ici car il fait un bon travail pour l'expliquer:
Si la Terre était verrouillée au Soleil, le chauffage solaire ferait souffler les vents à travers les latitudes moyennes dans une direction vers le pôle, loin de la crête subtropicale. Cependant, l'effet Coriolis causé par la rotation de la Terre tend à dévier les vents du pôle vers l'est du nord (vers la droite) dans l'hémisphère nord et vers l'est du sud (vers la gauche) dans l'hémisphère sud. [3] C'est pourquoi les vents à travers l'hémisphère nord ont tendance à souffler du sud-ouest, mais ils ont tendance à être du nord-ouest dans l'hémisphère sud. [4] Lorsque les pressions sont plus faibles sur les pôles, la force des vents d'ouest augmente, ce qui a pour effet de réchauffer les latitudes moyennes. Cela se produit lorsque l'oscillation arctique est positive et que pendant l'hiver, la basse pression près des pôles est plus forte qu'elle ne le serait pendant l'été.Lorsqu'il est négatif et que les pressions sont plus élevées sur les pôles, le flux est plus méridional, soufflant de la direction du pôle vers l'équateur, ce qui apporte de l'air froid aux latitudes moyennes. [5]
Dans un monde avec une atmosphère parfaitement immobile, il tournerait avec la terre. Cependant, dans le monde réel, l'air ascendant chauffé par le soleil dérive vers l'ouest car la vitesse d'orbite requise pour rester dans la même position par rapport au sol augmente à mesure qu'elle prend de l'altitude. L'effet Coriolis est provoqué par le même phénomène lors du déplacement vers le nord ou le sud
C'est une question raisonnable, qui trouve sa réponse dans le concept de couche limite planétaire .
La Terre en rotation, par ses diverses irrégularités en surface et en topographie, entraîne l'atmosphère le long de celle-ci. Ce transfert d'élan vertical devient de plus en plus faible au fur et à mesure que l'on monte dans la coordonnée verticale, jusqu'à ce qu'à une hauteur d'environ ~ 1 km, l'atmosphère ne «ressente» plus le sol et que l'on atteigne l'atmosphère en flux libre.
L'épaisseur exacte de la couche limite sera modifiée en présence de montagnes, qui peuvent facilement dépasser 1 km. De plus, les mouvements turbulents et la convection ont tendance à mélanger des couches d'impulsions différentes et agissent ainsi pour entraîner l'atmosphère. Une atmosphère à convection vigoureuse aura une couche limite plus épaisse. Bien que cela implique un transfert d'impulsion turbulent, qui est en général un problème non résolu en physique, des progrès ont été réalisés dans la compréhension de la hauteur de cette couche par des moyens semi-analytiques, tels que la loi de la paroi .
Dans l'atmosphère inférieure à flux libre, le mouvement est régi par l' équilibre géostrophique modulo masse, quantité de mouvement et chaleur injectée par les circulations de Hadley . Plus haut, là où l'atmosphère en flux libre est stratifiée de manière stable, l'atmosphère se comporte comme la masse gazeuse de tout corps gazeux sans fond, comme les géantes gazeuses.