Apakah atmosfer bagian atas berputar dengan bumi?
Pertanyaan dasar yang harus saya ketahui jawabannya tetapi sayangnya tidak.
Atmosfir yang lebih rendah harus berputar dengan bumi karena gesekan - setidaknya bagian paling bawahnya.
Tapi bagaimana dengan ketinggian 30 mil? Di sana efek gesekan hilang dengan baik. Apakah atmosfer bagian atas berputar dengan bumi? Jika demikian, apakah ia tertinggal (sehingga jika di tanah kita bergerak 360 derajat / hari, atmosfer bagian atas akan bergerak 50 derajat / hari, katakanlah)?
Ini mungkin pertanyaan terbodoh yang pernah saya tanyakan sepanjang tahun, tapi terus terang saya tidak pernah memikirkan atmosfer atas sebelumnya, apalagi dinamikanya.
Terima kasih jika Anda bisa mengklarifikasi !!
Jawaban
Tentu pertanyaan yang masuk akal.
Model mental yang mungkin berguna adalah memutar seember air dalam beberapa bentuk. Awalnya hanya lapisan permukaan yang akan berputar tetapi setiap lapisan mentransfer gerakan ke lapisan berikutnya dan akhirnya entitas massa tersebut berputar dalam keadaan stabil.
Demikian pula dengan atmosfer selama skala waktu geologi, atmosfer berputar dengan bumi dalam keadaan stabil. Skala waktu manusia, detailnya jauh lebih kompleks dan menarik, tetapi tidak terlalu berdampak pada peluncuran pesawat ruang angkasa dalam hal perubahan delta V. yang diperlukan.
Tentu ada dampak pada desain dan lintasan karena fakta bahwa roket bergerak melalui udara yang bergerak yang menggeser jalur penerbangan, dan roket dapat melintasi massa udara yang bergerak cukup cepat untuk menghasilkan beban samping yang tidak sepele .
Atmosfir yang lebih rendah harus berputar dengan bumi karena gesekan - setidaknya bagian paling bawahnya.
Itu benar, tetapi hanya di bagian paling bawah dari atmosfer bumi, mungkin beberapa milimeter terakhir. Bagaimanapun, ada angin. Angin pasat dan angin barat yang berlaku (bersama dengan penemuan cara mengalahkan angin) menghasilkan "usia layar" selama 300 hingga 400 tahun. Di tempat yang lebih tinggi, penemuan aliran jet memungkinkan Jepang untuk melakukan loft balon yang kemudian akan menjatuhkan bom di bagian barat Amerika Serikat selama Perang Dunia Kedua.
Apa yang dapat dikatakan adalah bahwa bagian bawah atmosfer bumi sedikit banyak berputar dengan bumi karena kecepatan terhadap permukaan angin perdagangan, wilayah barat yang berlaku, dan bahkan aliran jet, lebih kecil dibandingkan dengan tingkat rotasi. dari permukaan bumi sehubungan dengan kelembaman. Stratosfer dan mesosfer juga memiliki angin relatif terhadap permukaan, tetapi angin ini berukuran kecil dibandingkan dengan angin di troposfer.
Tetapi bagaimana dengan atmosfer bagian paling atas? Studi di tahun 1960-an menunjukkan bahwa termosfer berputar super dibandingkan dengan permukaan bumi. Studi yang lebih baru menunjukkan bahwa ini mungkin bukan masalahnya; sulit untuk memodelkan angin atmosfer bagian atas. Yang diketahui adalah ada angin vertikal yang signifikan di atmosfer bagian atas. Atmosfer bagian atas membengkak saat menghadap Matahari pada siang hari, dan memendek saat menghadapi kegelapan ruang pada malam hari.
Atmosfer akan berputar dengan permukaan bumi tetapi ada 2 faktor utama yang mempengaruhinya:
Efek Coriolis
Jika Anda menghitung kecepatan gerak setiap bit atmosfer, Anda akan menemukan kecepatan terbesar di ekuator dan mendekati 0 kecepatan di kutub. Dalam situasi ini dinamika fluida mengatakan bahwa udara akan mulai berputar, menciptakan pusaran. Hal ini menyebabkan badai di Bumi dan pusaran stabil besar di Jupiter.
Efek panas matahari, Westerlies
Saya hanya akan mengutip wikipedia di sini karena itu berfungsi dengan baik dalam menjelaskannya:
Jika Bumi terkunci pasang surut ke Matahari, pemanasan matahari akan menyebabkan angin melintasi garis lintang tengah bertiup ke arah kutub, menjauh dari punggung subtropis. Namun, efek Coriolis yang disebabkan oleh rotasi Bumi cenderung membelokkan angin kutub ke arah timur dari utara (ke kanan) di Belahan Bumi Utara dan ke timur dari selatan (ke kiri) di Belahan Bumi Selatan. [3] Inilah sebabnya mengapa angin di belahan bumi utara cenderung bertiup dari barat daya, tetapi angin cenderung dari barat laut di belahan bumi selatan. [4] Ketika tekanan di atas kutub lebih rendah, kekuatan dari barat meningkat, yang memiliki efek menghangatkan garis lintang tengah. Ini terjadi ketika osilasi Arktik positif, dan selama musim dingin, tekanan rendah di dekat kutub lebih kuat daripada selama musim panas.Ketika negatif dan tekanan lebih tinggi di atas kutub, alirannya lebih meridional, bertiup dari arah kutub menuju Khatulistiwa, yang membawa udara dingin ke garis lintang tengah. [5]
Di dunia dengan atmosfer yang diam sempurna, ia akan berputar dengan bumi. Namun di dunia nyata, udara naik yang dipanaskan oleh matahari melayang ke barat karena kecepatan orbit yang dibutuhkan untuk tetap pada posisi yang sama relatif terhadap tanah meningkat seiring bertambahnya ketinggian. Efek Coriolis disebabkan oleh fenomena yang sama saat bergerak ke utara atau selatan
Ini adalah pertanyaan yang masuk akal, yang jawabannya ada dalam konsep lapisan batas planet .
Bumi yang berputar, melalui berbagai ketidakteraturan di permukaan dan dalam topografi, menyeret atmosfer terus. Perpindahan momentum vertikal ini menjadi semakin lemah saat seseorang naik dalam koordinat vertikal, hingga pada ketinggian sekitar ~ 1 km atmosfer tidak 'merasakan' tanah lagi dan seseorang mencapai atmosfer yang mengalir bebas.
Ketebalan yang tepat dari lapisan batas akan diubah jika terdapat gunung, yang dengan mudah dapat lebih tinggi dari 1 km. Selanjutnya, gerakan turbulen dan konveksi cenderung mencampurkan lapisan momentum yang berbeda dan dengan demikian bertindak untuk menyeret atmosfer bersama. Atmosfir konveksi yang kuat akan memiliki lapisan batas yang lebih tebal. Meskipun hal ini melibatkan transfer momentum turbulen, yang secara umum merupakan masalah yang belum terpecahkan dalam fisika, pemahaman tentang ketinggian lapisan ini telah mengalami kemajuan melalui cara-cara semi-analitik, seperti hukum dinding .
Dalam atmosfer aliran bebas yang lebih rendah, gerakan diatur oleh keseimbangan geostropik massa modulo, momentum dan panas yang diinjeksikan oleh sirkulasi Hadley . Lebih tinggi, di mana atmosfer yang mengalir bebas bertingkat secara stabil, atmosfer berperilaku seperti massa gas dari benda gas tanpa dasar, seperti raksasa gas.