The Paradox of the Coriolis Effect, Hurricane Alley και Radio Thunder

Η περιστροφή της Γης δημιουργεί το μεγαλύτερο μέρος του καιρού μας. η εναλλαγή θερμοκρασίας μεταξύ νύχτας και ημέρας για αρχή, καθώς και το πολύπλοκο σύστημα ανέμων και ρευμάτων που προσφέρουν θυελλώδη ή ηλιόλουστο καιρό σε κάθε γωνιά της Γης. Όχι μόνο αυτό, αλλά και οι καταιγίδες και τα εύκαιρα καιρικά συστήματα (χαμηλά και ψηλά) είναι έτοιμα να περιστρέφονται προς αντίθετες κατευθύνσεις από μια περίεργη συνέπεια της περιστροφής της Γης, το φαινόμενο Coriolis.

Στο βόρειο ημισφαίριο οτιδήποτε είναι αερομεταφερόμενο και κινείται σε ευθεία διαδρομή προς οποιαδήποτε κατεύθυνση - ανατολικά, δυτικά, βόρεια ή νότια - έχει την τάση να εκτρέπεται προς τα δεξιά, ενώ στο νότιο ημισφαίριο έχει την αντίθετη κλίση. Αυτή η τάση πήρε το όνομά του από τον Γάλλο καθηγητή μηχανικού, Gustave-Gaspard de Coriolis, ο οποίος την ανακάλυψε το 1835. Είναι τόσο διάχυτη που ακόμη και τα πυροβόλα πυροβολικού μεγάλου βεληνεκούς πρέπει να βαθμονομηθούν ειδικά για να αντισταθμίσουν. Διαφορετικά, θα έχαναν τους στόχους τους.

Γιατί λοιπόν η διαφορά μεταξύ του βόρειου και του νότιου ημισφαιρίου; Και στα δύο ημισφαίρια ο Ήλιος ανατέλλει στα ανατολικά και δύει στη δύση, αλλά αυτό είναι περίπου για ομοιότητες επειδή το βόρειο ημισφαίριο και το νότιο ημισφαίριο περιστρέφονται σε αντίθετες κατευθύνσεις. Αλλά πώς μπορεί να γίνει αυτό; Πώς μπορούν δύο μισά ενός μόνο πλανήτη να περιστρέφονται προς αντίθετες κατευθύνσεις; Είναι ένα από τα βαθιά παράδοξα των περιστρεφόμενων σφαιρών, αλλά μπορεί να λυθεί με απλό πείραμα σκέψης.

Φανταστείτε ότι βρίσκεστε σε ένα διαστημόπλοιο που πλησιάζει τη Γη από πάνω από τον νότιο πόλο. Θα κατέβαινες σε έναν πλανήτη που περιστρέφεται δεξιόστροφα. Αλλά πάρτε το ίδιο διαστημόπλοιο και πλησιάστε τη Γη από τον Βόρειο Πόλο και προσγειωθείτε σε έναν πλανήτη που περιστρέφεται αριστερόστροφα. Voila.

Ακούστε επεισόδια του Science Focus Podcast σχετικά με τον καιρό:

• Πόση ακρίβεια μπορούμε να προβλέψουμε τον καιρό; – Andrew Blum
• Τι συμβαίνει με τον καιρό; – Dann Mitchell

Προκειμένου να διορθώσω αυτήν την αντιδιαισθητική ασυμμετρία της Γης, έχω καταλήξει σε μια πρόταση πλανητικής μηχανικής. Γιατί να μην κάνετε και τα δύο μισά της Γης να περιστρέφονται προς την ίδια κατεύθυνση;

Αρχικά, το βόρειο ημισφαίριο και το νότιο ημισφαίριο θα έπρεπε να χωριστούν κατά μήκος του ισημερινού με μια βαθιά φέτα, όπως το αυλάκι σε ένα γιο-γιο, που εκτεινόταν μέχρι το κέντρο της Γης. Στη συνέχεια, δύο τεράστιοι δίσκοι από ανοξείδωτο χάλυβα, ίδιας διαμέτρου με τη Γη στον ισημερινό, θα τοποθετούνταν για να καλύψουν αυτά τα μισά. (Φυσικά τα εξωτερικά άκρα των δίσκων θα έπρεπε να διαμορφωθούν ώστε να ακολουθούν το έδαφος. Μερικές φορές τα βουνά χωρίζονταν ακριβώς στη μέση, αλλά οι ωκεανοί θα ήταν ευκολότεροι, η άκρη των δύο δίσκων θα έπρεπε μόνο να ανέβει στο επίπεδο της θάλασσας, όπως μια πισίνα υπερχείλισης.) Ένα λιπαντικό βιομηχανικής ποιότητας θα λίπανε τη ζώνη επαφής μεταξύ των δύο ημισφαιρίων.

Για να ολοκληρώσω το φανταστικό μου έργο, οι μεγα-μηχανικοί θα έπρεπε να επιλέξουν ένα ημισφαίριο, ας πούμε το νότιο, και σταδιακά να το επιβραδύνουν χρησιμοποιώντας ρετρό ώθηση από γιγάντιες μηχανές πυραύλων που βρίσκονται κατά μήκος του ισημερινού. Όταν σταματούσε, το έβαζαν να περιστρέφεται προς την αντίθετη κατεύθυνση με ένα άλλο σετ κινητήρων πυραύλων.

Το νότιο ημισφαίριο, από την προοπτική του Νότιου Πόλου, θα περιστρέφεται τώρα αριστερόστροφα, με την ίδια κατεύθυνση με το βόρειο ημισφαίριο. Τα κύτταρα χαμηλής πίεσης στο νότιο ημισφαίριο θα περιστρέφονται επίσης αριστερόστροφα ενώ τα κύτταρα υψηλής πίεσης θα περιστρέφονται δεξιόστροφα. Τέρμα η ασυμφωνία μεταξύ του βόρειου και του νότιου ημισφαιρίου! Το παράδοξο λύθηκε.

Θα υπήρχαν όμως κάποιες συνέπειες. Στον ισημερινό η ταχύτητα περιστροφής της Γης είναι 1.037 μίλια την ώρα (1.670 χιλιόμετρα την ώρα), επομένως τα δύο ημισφαίρια θα γλιστρούν το ένα δίπλα από το άλλο με συνδυασμένη ταχύτητα 2.074 μιλίων την ώρα (3.340 χιλιόμετρα την ώρα).

Οι άνθρωποι που ζούσαν κοντά στη σχισμή θα συγκλονίζονταν από συνεχείς ηχητικές εκρήξεις, καθώς βουνά και κτίρια στην άλλη πλευρά του ισημερινού ούρλιαζαν με ταχύτητα 2,7 φορές μεγαλύτερη από την ταχύτητα του ήχου. Τα αεροπορικά ταξίδια θα ήταν το μόνο μέσο για να φτάσετε από το ένα ημισφαίριο στο άλλο, επειδή οι χερσαίες ή θαλάσσιες διαδρομές θα ήταν αυστηρά αδύνατες. Ακόμη και τότε, φαντάζομαι, οι πιλότοι θα έπρεπε να κάνουν τη διέλευση σε κάποιο υψόμετρο για να αποφύγουν αναταράξεις.

Η βαρύτητα θα κρατούσε ακόμα τα δύο μισά του κατασκευασμένου πλανήτη μας μαζί, αλλά οι μάζες αέρα πάνω από τον ισημερινό θα διατμηθούν κάθετα από τις αντίθετες ταχύτητες. Στροβίλες που μοιάζουν με ανεμοστρόβιλους θα ξεκολλούσαν συνεχώς τη ζώνη ολίσθησης και θα προκαλούσαν τον όλεθρο. Θα τολμούσα να πω ότι η παρούσα ρύθμιση είναι πολύ ανώτερη, αν και αινιγματική. Πρέπει λοιπόν να ζήσουμε με το φαινόμενο Coriolis. Και έχει τεράστια επίδραση στον καιρό. Τυφώνες για παράδειγμα.

Σοκάκι του Τυφώνα

Καθώς ο αέρας πάνω από τον ισημερινό θερμαίνεται, ανεβαίνει και ταξιδεύει προς τα βόρεια στην ανώτερη ατμόσφαιρα και, στη συνέχεια, βυθίζεται και ταξιδεύει προς τα νότια στην κατώτερη ατμόσφαιρα, σχηματίζοντας ένα είδος σωληνοειδούς δίνης που περιβάλλει τη Γη που ονομάζεται κύτταρο Hadley. Οι άνεμοι που ταξιδεύουν προς τα νότια του κελιού Hadley εκτρέπονται προς τα δεξιά από το φαινόμενο Coriolis παράγοντας ανέμους που πνέουν από τα βορειοανατολικά προς τα νοτιοδυτικά. οι Βορειοανατολικοί Εμπορικοί Άνεμοι.

Οι Βορειοανατολικοί Εμπορικοί Άνεμοι κυριαρχούν σε μια παγκόσμια ζώνη ωκεανών και προσγειώνονται ακριβώς βόρεια του τροπικού του Καρκίνου, και παρακάμπτουν όλες τις καιρικές συνθήκες στο πέρασμά τους - ψηλά, χαμηλά, τροπικές υφέσεις, όπως το πείτε - προς τα δυτικά. Φυσούν ακόμη και κόκκινη σκόνη από τη Σαχάρα μέχρι τη Φλόριντα.

Γι' αυτό ένας τυπικός τυφώνας, που συχνά ξεκινά τη ζωή του ως καταιγίδα στο Τσαντ της Αφρικής, βαδίζει σταθερά προς τα ανατολικά. μέσω της Νιγηρίας, μέσω του νότιου Μάλι και της Γουινέας και στη συνέχεια φυσώντας τελικά στον Ατλαντικό Ωκεανό ακριβώς νότια των νησιών του Πράσινου Ακρωτηρίου.

Εάν η Βόρεια Αφρική είναι το φυτώριο για τους νεοσύστατους τυφώνες, τότε τα νησιά του Πράσινου Ακρωτηρίου είναι ο τόπος συγκέντρωσης τους. Στους τελευταίους καλοκαιρινούς μήνες, αυτά τα νησιά επιβλέπουν τη γέννηση δεκάδων τροπικών κυμάτων (όρος για μια νέα καταιγίδα) που, με τη σειρά τους, συχνά μετατρέπονται σε τροπικές κοιλότητες που στη συνέχεια, υπό τις κατάλληλες συνθήκες, μετατρέπονται σε τυφώνες.

Αυτά τα βάθη συλλέγονται από τους ανέμους του Βορειοανατολικού Εμπορίου και προωθούνται σε μια μετατόπιση προς τα δυτικά κατά μήκος μιας ανατολικής-δυτικής λωρίδας του τροπικού Ατλαντικού Ωκεανού που εκτείνεται περίπου 2.408 μίλια από την ανατολική αφρικανική ακτή μέχρι την Καραϊβική. Το Hurricane Alley.

Ερωτήσεις αναγνωστών σχετικά με τον καιρό:

• Γιατί ο ζεστός καιρός με κάνει να μετατραπώ σε Hulk (δηλαδή πολύ, πολύ θυμωμένος);
• Γιατί οι Βρετανοί μιλούν τόσο πολύ για τον καιρό;
• Μπορεί ο καιρός να επηρεάσει τη συμπεριφορά μιας μπάλας κρίκετ;

Το καλοκαίρι ο νότιος Ατλαντικός θερμαίνεται σαν σούπα άλμης και καθώς οι εμπορικοί άνεμοι οδηγούν τους τυφώνες των φυτών προς τα δυτικά μεγαλώνουν, εξελίσσονται από τροπικά κύματα σε τροπικές κατακλίσεις και στη συνέχεια σε τροπικές καταιγίδες. Το σοκάκι του τυφώνα μοιάζει με τη μεταλλική ταινία μεταφοράς που περνά μέσα από το φούρνο ενός βιομηχανικού εργοστασίου ψωμιού, μόνο τα ευάερα καρβέλια που περνούν μέσα από αυτό το αρτοποιείο γραμμής συναρμολόγησης φουσκώνουν με υγρά, θερμικά ρεύματα από έναν καυτό ωκεανό.

Οι θερμοκρασίες του νερού πρέπει να είναι τουλάχιστον 26,5°C σε βάθος τουλάχιστον 50 μέτρων για να προκαλέσει σωστά μια καταιγίδα και κατά τη διάρκεια ενός ζεστού καλοκαιριού το Hurricane Alley μπορεί να διατηρήσει και να δημιουργήσει μια καταιγίδα σε όλη τη διαδρομή από το νεοσύστατο στάδιο της στα ανοικτά των ακτών της Αφρικής έως γίνεται ένας τυφώνας τέρας.

Καταιγίδες

Ένας τυφώνας είναι στην πραγματικότητα μια σειρά από συνδεδεμένες καταιγίδες σωρευτικών που περιστρέφονται σε κύκλο. Για να σας δώσουμε μια ιδέα για το μέγεθος και τη δύναμη ενός τυφώνα, πρέπει απλώς να συγκρίνετε την ισχύ εξόδου μιας μόνο καταιγίδας, η οποία εκφορτώνει αρκετή ενέργεια για να τροφοδοτήσει ολόκληρες τις ΗΠΑ με ηλεκτρισμό για 20 λεπτά, με τον μέσο τυφώνα, ο οποίος έχει το ισοδύναμο έως 200 φορές την παγκόσμια ικανότητα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.

Τεράστια δύναμη. Ωστόσο, ακόμη και αυτό ωχριά στο γεγονός ότι ο πλανήτης μας φιλοξενεί περίπου 44.000 καταιγίδες καθημερινά. Αυτό σημαίνει ότι η Γη χτυπιέται από κεραυνό 100 φορές κάθε δευτερόλεπτο.

Οι θερμοκρασίες στον πυρήνα ενός κεραυνού μπορεί να είναι έως και 29.982°C, ή έξι φορές υψηλότερες από την επιφάνεια του Ήλιου, εξατμίζοντας αμέσως τη στενή σήραγγα αέρα που καυτηριάζει. Ο περιβάλλοντα αέρας συμπιέζεται προς τα έξω από το πέρασμα του κεραυνού — bang — και το ωστικό κύμα ταξιδεύει με την ταχύτητα του ήχου μέχρι να φτάσει στα αυτιά μας ως βροντή.

Radio Thunder

Εάν πάρετε ένα ραδιόφωνο AM και το συντονίσετε μεταξύ των σταθμών, θα ακούσετε στατικά — μικρές εκρήξεις θορύβων τριξίματος, μερικές αχνές, μερικές πιο δυνατές. Αυτός είναι ο ήχος του κεραυνού από μακρινές καταιγίδες που φτάνουν με τη μορφή των παλμών ραδιοσυχνοτήτων. Αυτές οι ραδιοφωνικές υπογραφές ονομάζονται sferics και οι πιο αμυδρές βρίσκονται χιλιάδες μίλια μακριά.

Αλλά αν έχετε έναν δέκτη που μπορεί να λαμβάνει σήματα ραδιοφώνου VLF (πολύ χαμηλής συχνότητας) και να τον συντονίζει μεταξύ σταθμών (δεν υπάρχουν πολλοί τέτοιοι), πιθανότατα θα ακούσετε πολύ περίεργους θορύβους, κατεβαίνοντας σφυρίχτρες όπως ο ήχος από βόμβες που πέφτουν. Πρόκειται για σφαιρίδια που έχουν διαρρεύσει από την κατώτερη θερμόσφαιρα και ταξίδεψαν κατά μήκος των γραμμών του μαγνητικού πεδίου στην άκρη της εξώσφαιρας, του εξώτατου στρώματος της ατμόσφαιρας της Γης, περίπου 6.000 μίλια πάνω από την επιφάνεια της Γης και πάλι πίσω.

Στο ταξίδι τους μέσα από το μαγνητισμένο πλάσμα στην εξώσφαιρα, οι σφαιρικοί διασκορπίζονται, τεντώνονται και φτάνουν πίσω στη Γη με μια σειρά κατερχόμενων τόνων αντί για ένα μόνο στατικό κροτάλισμα. Μερικές φορές ο ίδιος σφυρίχτης αναπηδά μπρος-πίσω, πιασμένος στη μαγνητόσφαιρα, οι τόνοι της φθίνουσας έντασης γίνονται μεγαλύτεροι και εξασθενέστεροι μέχρι να εξαφανιστεί εντελώς. Μουσική των σφαιρών όντως.

18 μίλια: Το επικό δράμα της ατμόσφαιρας και ο καιρός του by Christopher Dewdney είναι διαθέσιμο τώρα (£16,99, Bloomsbury Sigma)

Ακολουθήστε το Science Focus στο Twitter, το Facebook, το Instagram και Flipboard