บรรยากาศชั้นบนหมุนไปพร้อมกับโลกหรือไม่?
คำถามพื้นฐานที่ฉันควรรู้คำตอบ แต่น่าเศร้าที่ทำไม่ได้
บรรยากาศชั้นล่างจะต้องหมุนไปพร้อมกับโลกเนื่องจากแรงเสียดทานอย่างน้อยที่สุดก็คือชั้นล่างสุดของมัน
แต่ 30 ไมล์ขึ้นไปล่ะ? ผลของแรงเสียดทานหายไปอย่างดี บรรยากาศชั้นบนหมุนไปพร้อมกับโลกหรือไม่? ถ้าเป็นเช่นนั้นมันจะตามหลัง (ถ้าอยู่บนพื้นเราเคลื่อนที่ 360 องศา / วันบรรยากาศชั้นบนจะเคลื่อนที่ 50 องศา / วันแทน)?
นี่อาจเป็นคำถามที่โง่ที่สุดที่ฉันเคยถามมาตลอดทั้งปี แต่ฉันไม่เคยคิดเกี่ยวกับบรรยากาศชั้นบนมาก่อนเลยมีพลวัตน้อยกว่ามาก
ขอบคุณหากคุณสามารถชี้แจงได้ !!
คำตอบ
เป็นคำถามที่สมเหตุสมผล
แบบจำลองทางจิตที่อาจเป็นประโยชน์คือการหมุนถังน้ำในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง ในขั้นต้นมีเพียงชั้นผิวเท่านั้นที่จะหมุน แต่แต่ละชั้นจะถ่ายโอนการเคลื่อนไหวไปยังชั้นถัดไปและในที่สุดเอนทิตีของมวลจะหมุนในสภาวะคงที่
ในทำนองเดียวกันกับชั้นบรรยากาศในช่วงเวลาทางธรณีวิทยาจะทำให้ชั้นบรรยากาศหมุนไปพร้อมกับโลกในสภาพคงที่ การปรับขนาดรายละเอียดของเวลาของมนุษย์มีความซับซ้อนและน่าสนใจกว่ามากแต่ไม่ได้มีผลกระทบเป็นพิเศษสำหรับการเปิดตัวยานอวกาศในแง่ของการเปลี่ยนเดลต้า V ที่จำเป็น
มีแน่นอนมีผลกระทบต่อการออกแบบและวิถีเนื่องจากข้อเท็จจริงที่จรวดจะเดินทางผ่านอากาศขยับย้ายเส้นทางการบินและจรวดสามารถข้ามย้ายมวลอากาศได้อย่างรวดเร็วพอที่จะผลิตที่ไม่ใช่เล็กน้อยด้าน โหลด
บรรยากาศชั้นล่างจะต้องหมุนไปพร้อมกับโลกเนื่องจากแรงเสียดทานอย่างน้อยที่สุดก็คือชั้นล่างสุดของมัน
นั่นเป็นความจริง แต่เฉพาะที่ชั้นบรรยากาศชั้นล่างสุดของโลกเท่านั้นอาจเป็นเพียงไม่กี่มิลลิเมตรสุดท้าย มีลมหลังจากทั้งหมด ลมการค้าและกระแสลมที่พัดผ่าน (พร้อมกับการค้นพบวิธีที่จะเอาชนะลม) ส่งผลให้ "อายุการเดินเรือ" ยาวนานถึง 300 ถึง 400 ปี ยิ่งไปกว่านั้นการค้นพบเจ็ตสตรีมทำให้ญี่ปุ่นสามารถบอลลูนใต้หลังคาซึ่งจะทิ้งระเบิดในพื้นที่ทางตะวันตกของสหรัฐอเมริกาในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองในเวลาต่อมา
สิ่งที่สามารถกล่าวได้ก็คือส่วนล่างของชั้นบรรยากาศของโลกจะหมุนไปพร้อมกับโลกมากขึ้นหรือน้อยลงในขณะที่ความเร็วเทียบกับพื้นผิวของลมการค้ากระแสลมที่พัดผ่านไปมาและแม้แต่กระแสไอพ่นมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับอัตราการหมุน ของพื้นผิวโลกเกี่ยวกับความเฉื่อย สตราโตสเฟียร์และมีโซสเฟียร์ยังมีลมที่สัมพันธ์กับพื้นผิว แต่ลมเหล่านี้มีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับลมในโทรโพสเฟียร์
แต่บรรยากาศส่วนบนสุดล่ะ? การศึกษาในทศวรรษ 1960 ชี้ให้เห็นว่าเทอร์โมสเฟียร์หมุนได้มากเมื่อเทียบกับพื้นผิวโลก การศึกษาล่าสุดระบุว่าอาจไม่เป็นเช่นนั้น การสร้างแบบจำลองลมในชั้นบรรยากาศเป็นเรื่องยาก สิ่งที่ทราบคือมีลมแนวตั้งที่สำคัญในบรรยากาศชั้นบน บรรยากาศชั้นบนจะพองตัวเมื่อหันหน้าเข้าหาดวงอาทิตย์ในตอนกลางวันและถอยกลับเมื่อเผชิญกับความมืดของอวกาศในตอนกลางคืน
บรรยากาศจะหมุนไปพร้อมกับพื้นผิวโลก แต่มี 2 ปัจจัยหลักที่ส่งผลกระทบ:
ผล Coriolis
หากคุณคำนวณความเร็วของบรรยากาศแต่ละบิตที่จะเคลื่อนที่คุณจะพบว่าความเร็วสูงสุดที่เส้นศูนย์สูตรและความเร็วใกล้ 0 ที่ขั้ว ในสถานการณ์เหล่านี้พลศาสตร์ของไหลกล่าวว่าอากาศจะเริ่มหมุนและสร้างกระแสน้ำวน สิ่งนี้นำไปสู่พายุเฮอริเคนบนโลกและกระแสน้ำวนขนาดใหญ่บนดาวพฤหัสบดี
เอฟเฟกต์ความร้อนจากดวงอาทิตย์ Westerlies
ฉันจะอ้างถึงวิกิพีเดียที่นี่เพราะมันอธิบายได้ดี:
หากโลกถูกล็อคเข้ากับดวงอาทิตย์อย่างเป็นระเบียบความร้อนจากแสงอาทิตย์จะทำให้ลมข้ามละติจูดกลางพัดไปในทิศทางขั้วโลกห่างจากสันเขากึ่งเขตร้อน อย่างไรก็ตามผลของ Coriolis ที่เกิดจากการหมุนของโลกมีแนวโน้มที่จะเบี่ยงเบนความสนใจของลมขั้วไปทางทิศตะวันออกจากทิศเหนือ (ไปทางขวา) ในซีกโลกเหนือและไปทางทิศตะวันออกจากทิศใต้ (ไปทางซ้าย) ในซีกโลกใต้ [3] นี่คือสาเหตุที่ลมทั่วซีกโลกเหนือมักจะพัดมาจากทิศตะวันตกเฉียงใต้ แต่มักจะมาจากทิศตะวันตกเฉียงเหนือในซีกโลกใต้ [4] เมื่อแรงกดดันต่ำกว่าเสาความแรงของเวสเตอร์รีจะเพิ่มขึ้นซึ่งมีผลทำให้ละติจูดกลางร้อนขึ้น สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อการสั่นของอาร์กติกเป็นบวกและในช่วงฤดูหนาวความกดอากาศต่ำใกล้ขั้วโลกจะแรงกว่าในช่วงฤดูร้อนเมื่อมันเป็นลบและมีแรงกดดันสูงกว่าขั้วโลกการไหลจะมีความเที่ยงมากขึ้นโดยพัดจากทิศทางของขั้วโลกไปยังเส้นศูนย์สูตรซึ่งจะนำอากาศเย็นเข้าสู่ละติจูดกลาง [5]
ในโลกที่มีบรรยากาศนิ่งสนิทมันจะหมุนไปพร้อมกับโลก อย่างไรก็ตามในโลกแห่งความเป็นจริงอากาศที่เพิ่มขึ้นซึ่งได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์จะลอยไปทางทิศตะวันตกเนื่องจากความเร็วของวงโคจรที่ต้องการเพื่อให้อยู่ในตำแหน่งเดิมเมื่อเทียบกับพื้นดินจะเพิ่มขึ้นเมื่อได้รับความสูง ผลของ Coriolis เกิดจากปรากฏการณ์เดียวกันเมื่อเคลื่อนที่ไปทางเหนือหรือทางใต้
มันเป็นคำถามที่เหมาะสมหนึ่งที่พบคำตอบในแนวคิดของชั้นขอบเขตของดาวเคราะห์
โลกที่หมุนผ่านความผิดปกติต่างๆบนพื้นผิวและในภูมิประเทศทำให้ชั้นบรรยากาศลากไปตาม การถ่ายโอนโมเมนตัมในแนวตั้งนี้จะอ่อนแอลงและอ่อนแอลงเมื่อขึ้นไปในพิกัดแนวตั้งจนกระทั่งที่ความสูงประมาณ 1 กม. ชั้นบรรยากาศจะไม่ 'รู้สึก' ถึงพื้นอีกต่อไปและบรรยากาศจะเข้าสู่บรรยากาศการสตรีมฟรี
ความหนาที่แน่นอนของชั้นขอบเขตจะถูกแก้ไขเมื่อมีภูเขาซึ่งอาจสูงกว่า 1 กม. ได้อย่างง่ายดาย นอกจากนี้การเคลื่อนไหวที่ปั่นป่วนและการพาความร้อนมีแนวโน้มที่จะผสมชั้นของโมเมนตัมที่แตกต่างกันและทำให้เกิดการลากชั้นบรรยากาศไปด้วย บรรยากาศที่หมุนเวียนอย่างรุนแรงจะมีชั้นขอบเขตที่หนาขึ้น ขณะนี้เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนโมเมนตัมปั่นป่วนซึ่งเป็นโดยทั่วไปยังไม่แก้ปัญหาที่เกิดขึ้นในฟิสิกส์ความคืบหน้าได้รับการทำในการทำความเข้าใจความสูงของชั้นนี้ด้วยวิธีการกึ่งวิเคราะห์เช่นกฎหมายของผนัง
ในฟรีสตรีมมิ่งบรรยากาศที่ต่ำกว่าการเคลื่อนไหวถูกควบคุมโดยgeostrophic สมดุลแบบโมดูโลมวลโมเมนตัมและความร้อนฉีดโดยHadley-หมุนเวียน ที่สูงขึ้นซึ่งบรรยากาศการสตรีมฟรีมีการแบ่งชั้นอย่างมีเสถียรภาพชั้นบรรยากาศจะมีพฤติกรรมเหมือนมวลก๊าซของร่างกายก๊าซใด ๆ ที่ไม่มีก้นเช่นก๊าซยักษ์