Un hábitat de ciencia ficción común y eficiente en la materia es un cilindro hueco o un anillo en el espacio que se hace girar para simular la atracción de la gravedad en su superficie interior. Estos hábitats se han imaginado tan pequeños como una nave espacial, de meros metros de radio, hasta un mundo anular, de 1 UA de radio.
Digamos que tenemos un hábitat espacial giratorio diseñado para imitar la gravedad y la atmósfera de la Tierra al nivel del mar. Suponga que el hábitat ha estado girando durante el tiempo que sea necesario para alcanzar el estado de equilibrio que se pueda lograr. ¿El movimiento de rotación del hábitat generará vientos en su atmósfera? ¿En qué sentido prevalecerán, hacia el giro (con el sentido de giro) o contra el giro (en contra)? ¿Rodearán el anillo en una sola dirección o habrá vientos antiparalelos a diferentes altitudes?
Idealmente, las respuestas serían aplicables a hábitats rotativos de varios tamaños; sin embargo, si las respuestas varían mucho entre hábitats, utilice un anillo de 10 000 km de radio para la respuesta.
Editar: ha habido algunas preguntas anteriores sobre el clima en hábitats rotativos como el mío . ¿Cómo sería el clima en un hábitat de asteroides? y Weather on a mini-ringworld/Banks Orbital . Estas preguntas son bastante amplias ya que el clima es un tema complejo, por decirlo suavemente, y por lo tanto no eran muy fáciles de responder. Aquí he intentado reducir el enfoque de la pregunta a un solo aspecto del clima, el viento, con la esperanza de generar respuestas más completas.
La verdadera respuesta es que no sabemos, aunque podemos hacer algunas conjeturas.
Comencemos con los efectos de suelo; el rango de efecto de la topografía física pura en la atmósfera, sin incluir los efectos de calentamiento, es de solo medio kilómetro. En la Tierra, esto es puramente vertical, al igual que una serie de otros efectos de los que hablaremos, pero en una estructura tipo Ringworld los efectos también son horizontales debido a las paredes laterales que mantienen la atmósfera adentro. Así que cerca del piso y las paredes, el los vientos van a ser relativamente turbulentos, pero el patrón de viento predominante será una brisa suave que se opone al giro, ya que el aire es arrastrado por la topografía del suelo y las paredes, pero no se mueve tan rápido como el suelo. El suelo se moverá aproximadamente para suministrar de pseudogravedad, si el aire inmediatamente encima solo hace un promedio de, digamos los vientos locales podrían ser bastante fuertes debido al flujo turbulento, pero la masa de aire en su conjunto estará haciendo , o , antigiro; aunque no estoy seguro de la magnitud, esperaría que ese fuera el caso.
Luego están los efectos del calor; el suelo del anillo estará más caliente que las paredes debido a los efectos del ángulo solar , esto creará un sistema de viento muy similar a una celda de Hadley con el centro del anillo como el ecuador/trópico y las paredes como la zona desértica subtropical. La razón por la que pregunté sobre el ancho del anillo es que a lo largo de millones de kilómetros, como el anillo de Niven, este efecto no sería tan singular, pero un anillo "estrecho" de 200 km verá una formación singular casi perfecta.
Efecto neto; los vientos de superficie van a ser turbulentos pero soplarán predominantemente desde el borde hacia adentro a lo largo del piso del anillo con un giro antigiro, similar al efecto Coriolis pero con menos desviación, los vientos de gran altitud serán bastante laminares y viajarán desde el centro del anillo hacia las paredes con una deriva cada vez más anti-giro a medida que ganan altitud. Las áreas de la pared estarán relativamente secas ya que la mayor parte de la lluvia caerá cuando el aire suba inicialmente cerca del centro del anillo.
Tenga en cuenta que esta respuesta asume paredes razonablemente verticales en lugar de una forma de cuenco suave, no estoy seguro de cómo sería eso, probablemente muy similar. También supone que el piso del ring es "plano", lo que no significa que sea particularmente suave, pero sin ningún perfil de ancho completo en forma de "^" o "v". No he incluido los efectos de un sistema Shadow Square en este modelo, puedo intentarlo, pero serán extremadamente complejos y variarán considerablemente según la duración proporcional del día y otras variables.
La convección es la respuesta.
Imagina que estás dentro de un automóvil, viajando a (solo para decir cualquier velocidad) 65 mph. Usted, su ropa, su asiento y (por supuesto) el aire dentro del automóvil viajarán a la misma velocidad: 65 mph. Y no sentirás ninguna corriente de aire en el interior a pesar de que vas rápido.
Si tienes un gas aislado dentro de un cilindro giratorio o un anillo (sin importar el tamaño), el gas girará a la misma velocidad que los otros objetos dentro del cilindro o anillo, por lo que no sentirás nada de viento. PERO (aquí viene lo interesante): lo que realmente provoca las corrientes de viento en la atmósfera son las diferencias térmicas . Y aquí va otra explicación:
Si su cilindro tiene una parte "nocturna" y una parte "diurna", la parte a la luz del día estará más caliente que la parte a oscuras. Por lo tanto, tendrá el primer "circuito de convección": el suelo caliente en el día calentará el aire cercano y el aire se elevará (como un globo aerostático), arrastrando el aire frío del lado nocturno. Si tiene agua involucrada (lagos, océanos), el agua actúa como un depósito de calor e incluye circuitos de convección adicionales en el circuito.
Y por supuesto están las ciudades. Las ciudades generan mucho aire caliente que va hacia arriba y crea corrientes de aire adicionales.
Y finalmente, ahora que tiene "aire en movimiento", entonces sí, su aire en movimiento se ve afectado por la rotación de su estación espacial de la misma manera que las corrientes marinas y de aire se ven afectadas por la rotación de la Tierra.
Cuanto más "realista" sea el modelo que desee que sean sus corrientes de aire, más variables deberá incluir en su modelo. Y, bueno... en realidad es una ciencia en sí misma. Pero puede tener un muy buen punto de partida definiendo sus regiones diurnas y nocturnas, y sus regiones acuáticas.
Ejemplo con un cilindro O´Neill
Debido a que esta es una pregunta basada en la ciencia, tomemos un cilindro O´Neill estándar. Este fue un diseño de asentamiento espacial propuesto por el físico estadounidense Gerard K. O'Neill en su libro de 1976 " The High Frontier: Human Colonies in Space ". Puede encontrar más información aquí:
https://en.wikipedia.org/wiki/O%27Neill_cylinder
Este diseño es un cilindro con seis franjas a lo largo. 3 de ellos para asentamiento (tierra) y 3 de ellos como ventanas. Cada una de las ventanas tiene un espejo móvil que simula el ciclo día-noche. Hay mucha documentación sobre este concepto. En este enlace puedes encontrar un buen diagrama (también incluyo la imagen): https://www.artstation.com/artwork/28NNB
Y así es como puede verse desde el interior:
Esa colonia espacial, vista desde la parte superior del cilindro, se verá así:
Y el sol entrará en la colonia espacial de esta manera (recuerda que los espejos se abren y cierran para simular el día y la noche):
Ahora, aquí viene la respuesta a la pregunta del viento:
las 3 franjas terrestres se calentarán con la luz solar directa y las 3 ventanas de vidrio estarán frías (al igual que la ventana de vidrio de tu casa cuando la tocas en un día muy frío). Espacio hace bastante frio cuando no le da el sol, y las ventanas deben ser transparentes para que entre el sol, por lo tanto, las ventanas estarán frías y la tierra caliente, eso crea el primer circuito de convección (los primeros vientos en tu cilindro):
Sin embargo, el cilindro tiene que girar para generar gravedad. Y las partículas de viento (como se mencionó anteriormente en respuestas anteriores) rotarán más rápido en las posiciones alejadas del centro del cilindro, y sin movimiento en el eje a lo largo del centro del cilindro. Entonces, los bucles de las corrientes de viento sufrirán una ligera deformación como se muestra a continuación. Tenga en cuenta el efecto adicional de los 3 espejos en el centro del cilindro: los 3 espejos calentarán directamente el aire en el eje central. Entonces, sumando esto a las corrientes de convección, resultará en una región de aire caliente inmóvil en el eje central del cilindro.Finalmente, recuerde (y aquí viene el descargo de responsabilidad) nadie ha construido algo como esto (bueno, no en nuestro Sistema Solar). Así que realmente no podemos estar completamente seguros acerca de los vientos o cualquier cosa relacionada con el clima dentro de una colonia como esa (ni siquiera podemos predecir completamente nuestro propio clima aquí en la Tierra).
Las respuestas de Ash y boxcartenant afirman que habrá un viento constante en el hábitat, percibido como anti-giro por los residentes, debido a la "resistencia" contra el giro. Sin embargo, después de algunas largas conversaciones, estoy razonablemente seguro de que esto es un malentendido y agregaré mi propia respuesta:
Tenga en cuenta que esto ignora los efectos térmicos de las estrellas cercanas , por lo que tiene un universo con radiación de fondo uniforme (para evitar que el fluido se congele), y gira un anillo, un cilindro o un toro con fluido dentro.
El toro es el más fácil, así que empezaré con eso:
Al principio, el fluido que toca la superficie será arrastrado junto con ella (debido a la condición de "no deslizamiento" ), y el fluido en el centro del tubo no lo hará (debido a la inercia). Tendrá el mismo perfil de velocidad parabólica que el flujo laminar fluido en una tubería:
Desde la perspectiva de alguien parado en el interior del tubo, esto parecería una "corriente en chorro" de viento en la altura central sobre sus cabezas.
Sin embargo, después de un período de tiempo suficiente en el que el tubo gira a velocidad constante, sin acelerar más, el impulso de la superficie se transferirá de las capas externas a las capas internas, y así sucesivamente, hasta que todo el fluido esté girando a la misma velocidad. la misma velocidad constante que el tubo. El fluido está ahora en equilibrio hidrostático , todo el hábitat en rotación uniforme de cuerpo sólido y no hay viento. Cualquier turbulencia o ciclo se desgastará y se disipará en calor. Este es el estado en el que permanecerá para siempre, sin ninguna interferencia externa.
Debido a la rotación, el fluido cerca de la pared exterior estará más comprimido que el fluido cerca de la pared interior, por lo que tendrá un gradiente de presión como el de la atmósfera terrestre.
En un hábitat de cilindro amurallado sucederá lo mismo, excepto que no hay una pared interna para arrastrar el fluido.
En un cilindro o anillo abierto, como un orbital de Banks, el fluido en el centro simplemente se alejará y se perderá, porque no hay paredes y no se adhiere a la superficie. Solo las partículas que chocan con la superficie serán arrastradas por ella.
Inicialmente, las partículas no giran, pero mientras tengan una velocidad de deriva distinta de cero, eventualmente encontrarán el anillo, que impartirá impulso a la partícula y luego la capturará.
Entonces no hay viento inherente solo porque el hábitat está rotando. Esto solo sucederá al girar hacia arriba o hacia abajo (como se describe en Rendezvous with Rama ).
Si agrega una estrella cercana, por supuesto, los gradientes térmicos de los ciclos de la noche y el día provocarán nuevos flujos de fluido, en relación con la superficie.
Estoy mucho más confuso sobre lo que sucede en este caso. El efecto Coriolis actúa verticalmente en lugar de horizontalmente, por lo que no habrá ciclones o no tendrán una dirección de rotación preferida. Este efecto también puede causar un viento dominante, no lo sé.
Suponiendo que se trata de un anillo abierto (es decir, sin techo), para que la atmósfera sea densa en el borde del anillo, los gases de la atmósfera tendrían que verse afectados por las mismas fuerzas centrífugas que simulan la gravedad, por lo que hay que estar dando vueltas con el aro. Además, siempre que haya alguna fricción u obstrucción en la superficie del anillo, arrastrará el gas con él. Entonces, en general, se sentirá como si no hubiera viento en la superficie.
Ahora, el aire más cercano al centro del anillo se verá menos afectado por la fricción y las obstrucciones en la superficie (además de tener una velocidad lineal más lenta). Si el anillo está abierto, la atmósfera superior no estará tan motivada para seguir el ritmo de la velocidad angular en la superficie, por lo que cuando las personas suban a una montaña alta, sentirán algo de viento en la dirección contraria al giro. (Se sentirá como viento para los observadores, pero el aire realmente tiene una velocidad angular más lenta).
Sin embargo, como dijo Carlos Zamora, cuantas más variables agregue, más realista será su modelo. Si tienes algún otro cuerpo en órbita cercana al anillo, su gravedad afectará las mareas y el viento; si tienes un ciclo día/noche, la temperatura afectará al viento; si tienes montañas, afectarán la forma del viento obstruyéndolo, y su gravedad afectará la presión barométrica allí; etc..
mike nichols
aify
RonJohn
JBH
mike nichols
aify
HDE 226868
aify
Mayúsculas
mike nichols
Ceniza
mike nichols