Bầu khí quyển trên có quay với trái đất không?
Câu hỏi cơ bản mà tôi nên biết câu trả lời nhưng đáng buồn là không.
Bầu khí quyển thấp hơn phải quay theo trái đất vì ma sát --- ít nhất là ở chính đáy của nó.
Nhưng những gì về 30 dặm lên? Ở đó ảnh hưởng của ma sát cũng biến mất. Tầng khí quyển trên có quay cùng trái đất không? Nếu vậy, nó có bị trượt phía sau không (để nếu trên mặt đất chúng ta di chuyển 360 độ / ngày, thì thay vào đó, bầu khí quyển trên cao sẽ di chuyển 50 độ / ngày)?
Đây có thể là câu hỏi ngớ ngẩn nhất mà tôi đã hỏi trong cả năm, nhưng tôi thực sự chưa bao giờ nghĩ về tầng trên của bầu khí quyển trước đó, ít hơn nhiều về động lực của nó.
Cảm ơn nếu bạn có thể làm rõ !!
Trả lời
Chắc chắn là một câu hỏi hợp lý.
Một mô hình tinh thần có thể hữu ích là quay một xô nước dưới một số hình thức. Ban đầu chỉ có các lớp bề mặt sẽ quay nhưng mỗi lớp lại truyền chuyển động cho lớp tiếp theo và cuối cùng thực thể của khối lượng quay ở trạng thái ổn định.
Tương tự với bầu khí quyển theo quy mô thời gian địa chất, bầu khí quyển đang quay cùng với trái đất ở trạng thái ổn định. Quy mô thời gian của con người, các chi tiết phức tạp và thú vị hơn nhiều nhưng không có tác động đặc biệt đối với các vụ phóng tàu vũ trụ trong điều kiện thay đổi đồng bằng V cần thiết.
Chắc chắn có những tác động đến thiết kế và quỹ đạo do thực tế tên lửa đang di chuyển qua không khí chuyển động làm thay đổi đường bay và tên lửa có thể vượt qua các khối không khí chuyển động đủ nhanh để tạo ra tải trọng phụ không nhỏ .
Bầu khí quyển thấp hơn phải quay theo trái đất vì ma sát --- ít nhất là ở chính đáy của nó.
Điều đó đúng, nhưng chỉ ở tầng rất, rất nhỏ của bầu khí quyển Trái đất, có lẽ là vài mm cuối cùng. Có gió, sau tất cả. Gió mậu dịch và gió tây thịnh hành (cùng với việc khám phá ra cách chống lại gió) đã dẫn đến "tuổi buồm" dài 300 đến 400 năm. Ở cấp độ cao hơn, việc phát hiện ra các luồng phản lực đã cho phép Nhật Bản nâng cấp những quả bóng bay mà sau này sẽ thả bom xuống các vùng phía tây của Hoa Kỳ trong Chiến tranh thế giới thứ hai.
Điều có thể nói là phần dưới của bầu khí quyển Trái đất ít nhiều quay theo Trái đất khi vận tốc đối với bề mặt của gió mậu dịch, gió tây thịnh hành và thậm chí cả các luồng phản lực, đều nhỏ so với tốc độ quay. của bề mặt Trái đất đối với quán tính. Tầng bình lưu và trung lưu cũng có gió so với bề mặt, nhưng những gió này nhỏ so với gió ở tầng đối lưu.
Nhưng còn những phần trên cùng của bầu khí quyển? Các nghiên cứu trong những năm 1960 cho rằng khí quyển siêu quay so với bề mặt Trái đất. Nhiều nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng điều này có thể không đúng; khó tạo mô hình gió trên khí quyển. Những gì đã biết là có những cơn gió thẳng đứng đáng kể trong bầu khí quyển trên. Bầu khí quyển phía trên phình ra khi nó đối mặt với Mặt trời vào ban ngày và co lại khi nó đối mặt với bóng tối của không gian vào ban đêm.
Bầu khí quyển sẽ quay theo bề mặt Trái đất nhưng có 2 yếu tố chính ảnh hưởng đến nó:
Hiệu ứng Coriolis
Nếu bạn tính toán tốc độ mà mỗi bit của bầu khí quyển sẽ chuyển động ở tốc độ nào, bạn sẽ thấy tốc độ lớn nhất ở xích đạo và tốc độ gần 0 ở hai cực. Trong những tình huống này, động lực học chất lỏng cho biết không khí sẽ bắt đầu quay, tạo ra các xoáy. Điều này dẫn đến bão trên Trái đất và xoáy lớn ổn định trên sao Mộc.
Hiệu ứng sưởi nắng, Westerlies
Tôi sẽ chỉ trích dẫn wikipedia ở đây vì nó làm rất tốt việc giải thích nó:
Nếu Trái đất bị khóa chặt chẽ với Mặt trời, sự sưởi ấm của Mặt trời sẽ khiến gió trên khắp các vĩ độ trung bình thổi theo hướng cực, tránh xa sườn núi cận nhiệt đới. Tuy nhiên, hiệu ứng Coriolis gây ra bởi sự quay của Trái đất có xu hướng làm lệch hướng gió cực theo hướng đông từ bắc (sang phải) ở Bắc bán cầu và hướng đông từ nam (sang trái) ở Nam bán cầu. [3] Đây là lý do tại sao gió khắp Bắc bán cầu có xu hướng thổi từ tây nam, nhưng lại có xu hướng từ tây bắc ở Nam bán cầu. [4] Khi áp suất thấp hơn trên các cực, sức mạnh của các phương tây tăng lên, điều này có tác dụng làm ấm các vĩ độ trung bình. Điều này xảy ra khi dao động ở Bắc Cực là dương, và trong mùa đông áp suất thấp gần các cực mạnh hơn so với trong mùa hè.Khi nó là âm và áp suất cao hơn trên các cực, dòng chảy kinh tuyến hơn, thổi từ hướng cực về phía Xích đạo, mang không khí lạnh vào các vĩ độ trung bình. [5]
Trong một thế giới có bầu khí quyển tĩnh lặng hoàn toàn, nó sẽ quay cùng với trái đất. Tuy nhiên, trong thế giới thực, luồng không khí bốc lên do mặt trời đốt nóng sẽ trôi về phía tây vì tốc độ quỹ đạo cần thiết để giữ nguyên vị trí so với mặt đất tăng lên khi nó tăng độ cao. Hiệu ứng Coriolis được gây ra bởi cùng một hiện tượng khi di chuyển về phía bắc hoặc phía nam
Đó là một câu hỏi hợp lý, một câu hỏi tìm ra câu trả lời của nó trong khái niệm về lớp ranh giới hành tinh .
Trái đất quay, thông qua các bất thường khác nhau trên bề mặt và địa hình, kéo theo bầu khí quyển. Sự chuyển động lượng theo phương thẳng đứng này ngày càng yếu đi khi người ta đi lên theo tọa độ thẳng đứng, cho đến khi ở độ cao khoảng ~ 1km, bầu khí quyển không còn cảm nhận được mặt đất nữa và người ta đạt đến bầu khí quyển tự do.
Độ dày chính xác của lớp ranh giới sẽ được thay đổi khi có núi, có thể dễ dàng cao hơn 1km. Hơn nữa, chuyển động hỗn loạn và đối lưu có xu hướng trộn lẫn các lớp động lượng khác nhau và do đó hoạt động để kéo bầu khí quyển theo. Một bầu khí quyển đối lưu mạnh mẽ sẽ có một lớp ranh giới dày hơn. Mặc dù điều này liên quan đến sự chuyển động lượng hỗn loạn, nói chung là một vấn đề chưa được giải quyết trong vật lý, nhưng tiến bộ đã đạt được trong việc hiểu chiều cao của lớp này thông qua các phương tiện bán phân tích, chẳng hạn như định luật của bức tường .
Trong bầu khí quyển có dòng chảy tự do thấp hơn, chuyển động được điều chỉnh bởi khối lượng modulo cân bằng địa dưỡng , động lượng và nhiệt được bơm vào bởi các vòng tuần hoàn Hadley . Ở trên cao hơn, nơi bầu khí quyển tự do được phân tầng ổn định, khí quyển hoạt động giống như khối khí của bất kỳ thể khí nào không có đáy, chẳng hạn như các khối khí khổng lồ.