상부 대기는 지구와 함께 회전합니까?
답을 알아야하지만 슬프게도 모르는 기본적인 질문입니다.
낮은 대기는 마찰 때문에 지구와 함께 회전해야합니다.
하지만 30 마일 정도 올라가면 어떨까요? 마찰의 영향이 잘 사라졌습니다. 상층 대기가 지구와 함께 회전합니까? 그렇다면, 뒤쳐져 있습니까 (지상에서 우리가 하루에 360도 이동하면 대기 상층부가 하루에 50도 이동합니다)?
이것은 내가 일년 내내 물어 본 가장 멍청한 질문 일지 모르지만 솔직히 이전에는 상층 대기에 대해 생각한 적이 없으며 그 역학은 훨씬 적습니다.
명확히 할 수 있다면 감사합니다 !!
답변
확실히 합리적인 질문입니다.
아마도 유용한 정신 모델은 어떤 형태로든 물통을 돌리는 것입니다. 처음에는 표면 레이어 만 회전하지만 각 레이어는 모션을 다음 레이어로 전달하고 결국 질량 개체는 안정된 상태로 회전합니다.
지질 학적 시간 규모에 따른 대기와 마찬가지로 대기는 지구와 함께 안정된 상태로 회전하고 있습니다. 인간의 시간 척도는 세부 사항이 훨씬 더 복잡하고 흥미롭지 만 필요한 델타 V 변경 측면에서 우주선 발사에 특히 영향을 미치지는 않습니다.
로켓이 비행 경로를 이동하는 움직이는 공기를 통해 이동한다는 사실로 인해 설계 및 궤도에 확실히 영향을 미치며 로켓은 사소한 측면 하중 을 생성 할 수있을만큼 충분히 빠르게 움직이는 기단을 통과 할 수 있습니다 .
낮은 대기는 마찰 때문에 지구와 함께 회전해야합니다.
그것은 사실이지만 지구 대기의 최하부, 아마도 마지막 몇 밀리미터에서만 가능합니다. 결국 바람이 있습니다. 무역풍과 우세한 서풍 (바람에 맞서 싸우는 방법의 발견과 함께)은 300 년에서 400 년 동안 "돛의 나이"를 가져 왔습니다. 더 높은 곳에서는 제트 기류의 발견으로 일본이 2 차 세계 대전 동안 미국 서부 지역에 폭탄을 떨어 뜨리는 풍선을 띄울 수있었습니다.
말할 수있는 것은 무역풍의 표면, 우세한 서쪽, 심지어 제트 기류에 대한 속도가 자전 속도에 비해 작기 때문에 지구 대기의 하부가 지구와 어느 정도 회전한다는 것입니다 관성에 대한 지구 표면의. 성층권과 중간권도 표면에 비해 바람이 있지만이 바람은 대류권의 바람에 비해 작습니다.
그러나 최상부 분위기는 어떻습니까? 1960 년대의 연구에 따르면 열권은 지구 표면에 비해 초 회전합니다. 더 최근의 연구에 따르면 이것이 사실이 아닐 수도 있습니다. 상층 대기 바람을 모델링하는 것은 어렵습니다. 알려진 것은 상층 대기에 상당한 수직 풍이 있다는 것입니다. 상층 대기는 낮에는 태양을 향할 때 부풀어 오르고 밤에는 우주의 어둠을 향할 때 수축합니다.
대기는 지구 표면과 함께 회전하지만 그것에 영향을 미치는 두 가지 주요 요인이 있습니다.
코리올리 효과
대기의 각 비트가 이동하는 속도를 계산하면 적도에서 가장 큰 속도를, 극에서 0에 가까운 속도를 찾을 수 있습니다. 이러한 상황에서 유체 역학은 공기가 회전하기 시작하여 와류를 생성합니다. 이것은 지구상의 허리케인과 목성의 크고 안정된 소용돌이로 이어집니다.
태양열 효과, Westerlies
여기에 위키피디아가 잘 설명되어 있기 때문에 인용하겠습니다.
지구가 조석으로 태양에 고정되면 태양열로 인해 중위도를 가로 지르는 바람이 아열대 능선에서 멀리 떨어진 극 방향으로 불어 올 것입니다. 그러나 지구의 자전으로 인한 코리올리 효과는 북반구에서는 북쪽에서 동쪽으로 (오른쪽으로) 남반구에서는 남쪽에서 동쪽으로 (왼쪽으로) 극풍을 편향시키는 경향이 있습니다. [3] 이것이 북반구를 가로 지르는 바람이 남서쪽에서 불어 오는 경향이 있지만 남반구에서는 북서쪽에서 불어 오는 경향이있는 이유입니다. [4] 극지방에 대한 압력이 낮아지면 서부의 힘이 증가하여 중위도를 따뜻하게하는 효과가 있습니다. 이것은 북극 진동이 양수이고 겨울 동안 극 근처의 저기압이 여름 동안보다 더 강할 때 발생합니다.음수이고 극에 대한 압력이 더 높을 때, 흐름은 극의 방향에서 적도쪽으로 불어 와서 중위도로 차가운 공기를 가져 오는 더 자오선입니다. [5]
대기가 완벽하게 고요한 세계에서는 지구와 함께 회전합니다. 그러나 현실 세계에서는 태양에 의해 가열 된 상승 공기가 서쪽으로 표류합니다.지면을 기준으로 동일한 위치를 유지하는 데 필요한 궤도 속도가 높이가 올라감에 따라 증가하기 때문입니다. 코리올리 효과는 북쪽이나 남쪽으로 이동할 때와 동일한 현상에 의해 발생합니다.
행성 경계층 의 개념에서 그 답을 찾는 합리적인 질문 입니다.
회전하는 지구는 표면과 지형의 다양한 불규칙성을 통해 대기를 끌어 당깁니다. 이 수직 운동량 전달은 수직 좌표에서 올라감에 따라 약 1km 높이에서 대기가 더 이상지면을 '느끼지'않고 자유 스트리밍 대기에 도달 할 때까지 점점 약해집니다.
경계층의 정확한 두께는 산이있을 때 수정되며 1km보다 쉽게 높을 수 있습니다. 더욱이 난류 운동과 대류는 서로 다른 운동량의 층을 혼합하는 경향이 있으므로 대기를 끌어 당기는 역할을합니다. 격렬하게 대류하는 대기는 더 두꺼운 경계층을 갖습니다. 이것은 일반적으로 물리학에서 해결되지 않은 문제인 난류 운동량 전달을 포함하지만 벽 의 법칙 과 같은 반 분석적 수단을 통해이 층의 높이를 이해하는 데 진전이있었습니다 .
더 낮은 자유 스트리밍 대기에서 운동은 Hadley 순환에 의해 주입 된 지질 균형 모듈로 질량, 운동량 및 열에 의해 제어됩니다 . 자유 스트리밍 대기가 안정적으로 층화되어있는 더 높은 곳에서 대기는 가스 거인과 같이 바닥이없는 모든 가스 체의 가스 질량처럼 행동합니다.