Морозов Александр Гавриилович (moralg) wrote,
Морозов Александр Гавриилович
moralg

Categories:

Простая физика - 15. Волны Россби и природа циклонов и антициклонов на планетах.

  Цель этого опуса - показать природу и причины возникновения делающих нашу погоду циклонов и антициклонов. А также понять, могут ли возбуждаться подобные образования в атмосферах экзопланет, вращающихся вокруг далеких звезд.
      Раньше мы уже обсуждали звуковые волны и внутренние гравитационные волны (ВГВ). Звуковые волны называют еще продольными. Поскольку движение вещества в них (сжатие - разрежение) происходит вдоль направления распространения волны. А ВГВ называют поперечными. Так как движение вещества в них (сдвиговое) происходит поперек направления распространения волны.
      Но мы живем в трехмерном мире. Поэтому ясно, что в принципе возможны один тип продольной волны и два типа поперечных (сдвиговых) волн. Звуковые волны способны распространяться в любом направлении. Частоты звуковых волн - десятки, сотни и тысячи герц. ВГВ же в земных условиях обусловлены упругостью среды в направлении, параллельном силе тяжести. Которая существенно меньше упругости на сжатие-разрежение. Поэтому частоты этих волн - сотые доли герца.
    Казалось бы, в направлении перпендикулярном силе тяжести и параллельном поверхности земли, никакой сдвиговой упругости быть не может. Но это не так. Вспомните силу Кориолиса. Она пропорциональна скорости тела (или потока газа или жидкости), движущегося относительно вращающейся Земли. И пропорциональна угловой скорости вращения Земли вокруг своей оси. А по направлению сила Кориолиса перпендикулярна и скорости движения потока, и оси вращения Земли.
   Заметим, что на достаточно больших высотах в атмосфере Земли всегда дуют ветры. Преимущественно с запада на восток. Так, на высоте около 10 километров, где обычно летают самолеты, скорость такого ветра порядка 40-50 км/час. Из-за этого перелет Париж - Нью-Йорк минут на 40 длится дольше, чем обратный. И если такой ветер дует вдоль параллели, то у силы Кориолиса есть компонента, направленная вдоль меридиана.
    Но раз есть сила, значит возникает и смещение среды в направлении ее действия. Будет ли среда сопротивляться этому смещению? Или наоборот - усиливать его? Ответ на этот вопрос в приведенном выше примере зависит от того, есть ли перепад давления в меридиональном направлении или нет. И каков он по величине и направлению. При этом неважно, чем он обусловлен.
     Если перепад давления есть, действует в
противоположном силе Кориолиса направлении, и растет по мере меридионального смещения потока, то среда проявляет упругость и в ней возникают волны. Называемые волнами Россби. Их частоты очень малы - менее одной стотысячной герца. Поскольку возбуждающая их сила Кориолиса пропорциональна угловой скорости вращения Земли вокруг своей оси. Период которого = 24 часа = 86400 секунд (угловая скорость и частота обратно пропорциональны периоду). Поэтому волны Россби очень трудно наблюдать.
   Если же перепад давления отсутствует или очень мал, то поток среды (с запада на восток) под действием силы Кориолиса отклоняется в южном направлении и формирует антициклон. То есть, такой вихрь воздушных масс, ось вращения которого (по правилу буравчика) образует тупой угол с осью вращения Земли (направленной от южного полюса к северному).
     Если же перепад давления в меридиональном направлении достаточно велик и по своему влиянию превосходит действующую в южном направлении силу Кориолиса, то он
отклоняет поток к северу и формирует циклон. То есть, вихрь, ось вращения которого образует острый угол с осью Земли.
  А как же на других планетах? Наверное, вы слышали о большом красном пятне на Юпитере? Размером в два диаметра Земли. И который существует не разрушаясь все время, пока мы наблюдаем Юпитер в телескоп (более 300 лет). Большое красное пятно на Юпитере - антициклон в его атмосфере. Долговременная устойчивость которого обусловлена весьма быстрым вращением Юпитера вокруг своей оси (сутки на Юпитере равны 10 земным часам).
   А вот на Венере никто никогда циклонов и антициклонов не наблюдал. И, скорее всего, никогда не увидит. Просто потому, что Венера вращается вокруг своей оси чрезвычайно медленно. На ней сутки даже чуточку длиннее, чем ее год. И, следовательно, силы Кориолиса, пропорциональные угловой скорости вращения Венеры, пренебрежимо малы даже при очень сильных ветрах в ее атмосфере.
    А на экзопланетах, вращающихся вокруг далеких звезд - будут циклоны и антициклоны? Очень часто открыватели экзопланет говорят о землеподобных планетах, вращающихся вокруг красных карликов. Красные карлики - заметно менее яркие звезды, чем Солнце. Но с массой не намного меньшей чем у Солнца. Поэтому их планеты, на которых есть условия для Жизни, подобной земной, гораздо ближе к своим светилам, чем Земля к Солнцу.
    В этих условиях фактор приливных сил сделает эти планеты весьма медленно вращающимися вокруг своих осей. Вплоть до того, что сутки на них могут стать равными их году. В этих условиях циклоны и антициклоны на таких планетах практически возникать не будут. Именно из-за чрезвычайно малой скорости их вращения вокруг собственных осей.

Tags: Физика на пальцах
Subscribe
promo moralg march 5, 2018 03:01 43
Buy for 30 tokens
Многие из нас вздрагивают, когда дорогу нам перебегает черная кошка. Но неприятных последствий обычно не возникает и мы быстро забываем о ней. Но два дня назад на северо-восток США обрушилась очередная буря и совершила совсем не очередное действо - сломала дерево, которое 227 лет назад посадил…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 13 comments