L'alta atmosfera ruota con la terra?
Domanda di base a cui dovrei conoscere la risposta, ma purtroppo non lo so.
La bassa atmosfera deve ruotare con la terra a causa dell'attrito, almeno proprio in fondo.
Ma che dire di 30 miglia in su? Lì gli effetti dell'attrito sono spariti. L'alta atmosfera ruota con la terra? Se è così, rimane indietro (in modo che se sul terreno ci muoviamo di 360 gradi / giorno, l'atmosfera superiore si sposterebbe invece di 50 gradi / giorno, diciamo)?
Questa potrebbe essere la domanda più stupida che mi sia posta in tutto l'anno, ma francamente non avevo mai pensato prima all'atmosfera superiore, tanto meno alle sue dinamiche.
Grazie se puoi chiarire !!
Risposte
Certamente una domanda ragionevole.
Un modello mentale forse utile è quello di far girare un secchio d'acqua in qualche forma. Inizialmente solo gli strati superficiali ruotano, ma ogni strato trasferisce il movimento allo strato successivo e alla fine l'entità della massa ruota in uno stato stazionario.
Allo stesso modo con l'atmosfera su scale temporali geologiche, l'atmosfera ruota con la terra in uno stato stazionario. La scala temporale umana, i dettagli sono molto più complessi e interessanti, ma non hanno un impatto particolare per i lanci di veicoli spaziali in termini di cambiamento del delta V.
Ci sono certamente impatti sul design e sulla traiettoria dovuti al fatto che il razzo sta viaggiando attraverso l'aria in movimento spostando la traiettoria di volo, e un razzo può attraversare masse d'aria in movimento abbastanza rapidamente da produrre carichi laterali non banali .
La bassa atmosfera deve ruotare con la terra a causa dell'attrito, almeno proprio in fondo.
Questo è vero, ma solo al fondo dell'atmosfera terrestre, forse negli ultimi millimetri. Ci sono venti, dopotutto. Gli alisei e le correnti occidentali prevalenti (insieme alla scoperta di come battere contro il vento) portarono all '"età della vela" lunga dai 300 ai 400 anni. Più in alto, la scoperta delle correnti a getto ha permesso al Giappone di sollevare palloncini che in seguito avrebbero sganciato bombe sulle parti occidentali degli Stati Uniti durante la seconda guerra mondiale.
Quello che si può dire è che la parte inferiore dell'atmosfera terrestre ruota più o meno con la Terra poiché le velocità rispetto alla superficie degli alisei, le correnti occidentali prevalenti, e anche le correnti a getto, sono piccole rispetto alla velocità di rotazione della superficie terrestre rispetto all'inerzia. Anche la stratosfera e la mesosfera hanno venti relativi alla superficie, ma questi venti sono piccoli rispetto ai venti nella troposfera.
Ma per quanto riguarda l'atmosfera delle parti più alte? Gli studi negli anni '60 hanno suggerito che la termosfera ruota in super rotazione rispetto alla superficie della Terra. Studi più recenti indicano che questo potrebbe non essere il caso; modellare i venti atmosferici superiori è difficile. Quello che si sa è che ci sono venti verticali significativi nell'alta atmosfera. L'atmosfera superiore si gonfia quando è rivolta verso il sole durante il giorno e si ritrae quando si trova di fronte all'oscurità dello spazio durante la notte.
L'atmosfera ruoterebbe con la superficie terrestre ma ci sono 2 fattori principali che la influenzano:
effetto di Coriolis
Se calcoli a quale velocità si sposterebbe ogni bit dell'atmosfera, troverai la velocità massima all'equatore e vicina allo 0 ai poli. In queste situazioni la fluidodinamica dice che l'aria inizierà a ruotare, creando vortici. Questo porta agli uragani sulla Terra e al grande vortice stabile su Giove.
Effetti di riscaldamento del sole, Westerlies
Citerò solo wikipedia qui perché fa un buon lavoro spiegandolo:
Se la Terra fosse bloccata in modo mareale dal Sole, il riscaldamento solare farebbe soffiare i venti alle medie latitudini in direzione dei poli, lontano dalla cresta subtropicale. Tuttavia, l'effetto di Coriolis causato dalla rotazione della Terra tende a deviare i venti verso est da nord (a destra) nell'emisfero settentrionale e verso est da sud (a sinistra) nell'emisfero meridionale. [3] Questo è il motivo per cui i venti nell'emisfero settentrionale tendono a soffiare da sud-ovest, ma tendono a provenire da nord-ovest nell'emisfero meridionale. [4] Quando le pressioni sono più basse sui poli, la forza dei venti occidentali aumenta, il che ha l'effetto di riscaldare le medie latitudini. Ciò si verifica quando l'oscillazione artica è positiva e durante l'inverno la bassa pressione vicino ai poli è più forte di quanto sarebbe durante l'estate.Quando è negativo e le pressioni sono più elevate ai poli, il flusso è più meridionale, soffiando dalla direzione del polo verso l'Equatore, che porta aria fredda alle medie latitudini. [5]
In un mondo con un'atmosfera perfettamente immobile ruoterebbe con la terra. Tuttavia, nel mondo reale, l'aria che sale riscaldata dal sole si sposta verso ovest perché la velocità dell'orbita richiesta per rimanere nella stessa posizione rispetto al suolo aumenta man mano che guadagna altezza. L'effetto Coriolis è causato dallo stesso fenomeno quando ci si sposta verso nord o verso sud
È una domanda ragionevole, che trova la sua risposta nel concetto di strato limite planetario .
La Terra in rotazione, attraverso le sue varie irregolarità sulla superficie e nella topografia, trascina l'atmosfera. Questo trasferimento di quantità di moto verticale diventa sempre più debole man mano che si sale nella coordinata verticale, fino a quando ad un'altezza di circa ~ 1 km l'atmosfera non "sente" più il suolo e si raggiunge l'atmosfera in streaming libero.
Lo spessore esatto dello strato limite verrà modificato in presenza di montagne, che possono essere facilmente superiori a 1 km. Inoltre, i moti turbolenti e la convezione tendono a mescolare strati di diversa quantità di moto e quindi agiscono per trascinare l'atmosfera. Un'atmosfera energicamente convettiva avrà uno strato limite più spesso. Sebbene ciò implichi il trasferimento turbolento della quantità di moto, che in generale è un problema irrisolto in fisica, sono stati compiuti progressi nella comprensione dell'altezza di questo strato attraverso mezzi semi-analitici, come la legge del muro .
Nella bassa atmosfera a flusso libero, il moto è governato dall'equilibrio geostrofico modulo massa, quantità di moto e calore iniettati dalle circolazioni di Hadley . Più in alto, dove l'atmosfera a flusso libero è stabilmente stratificata, l'atmosfera si comporta come la massa gassosa di qualsiasi corpo gassoso senza fondo, come i giganti gassosi.