Orkanartige Winde oder sanfte Brisen in einem O'Neill-Zylinder?

Betrachten wir einen O'Neill-Zylinder mit einem Radius von 3,2 km und einer Länge von 20 km. Im klassischen O'Neill-Design haben wir drei große achsenausgerichtete Fenster in der Hülle, die sich zwischen Pfetten mit bewohnbarer Oberfläche abwechseln. Die Fenster sorgen für Licht und beeinflussen vermutlich die Wärmeübertragung erheblich.

Bevor es ans Drehen geht, pumpen wir das Innenvolumen mit Atemluft voll. Ich glaube, O'Neill schlug 1/2 Atmosphäre, 20 % Partialdruck O und 30 % N vor, aber ich habe mein Exemplar von High Frontier im Moment nicht zur Hand.

Wir gehen davon aus, dass die Designer des Lebensraums die Spiegel und das Kühlsystem eingerichtet haben, die erforderlich sind, um eine möglichst angenehme Umgebung in Hemdsärmeln aufrechtzuerhalten.

Wir drehen den Zylinder mit ~0,5 U/min, um 1 g Zentripetalbeschleunigung auf der Innenfläche zu erzeugen, und warten dann, bis alles einen Gleichgewichtszustand erreicht hat.

Die Tangentialgeschwindigkeit am Außenradius beträgt ~630 km/h (fast 400 Meilen/Stunde), während sie an der Achse gleich null ist.

Da die Spin-Schwerkraft fiktiv ist, wird die Beschleunigung nur durch Reibungswechselwirkungen mit der Innenfläche des Zylinders auf die Atmosphäre übertragen . Nehmen wir an, es ist nicht glatt, sondern mit kurzen Gebäuden (wahrscheinlich maximal zwei oder drei Stockwerke), kleinen Bäumen, Menschen usw. bevölkert.

In der Nähe der inneren Oberfläche haben Sie also den äußeren Rand eines Atmosphärenwirbels, der sich mit ~400 Meilen pro Stunde dreht, und ein relativ ruhiges Auge auf die Achse.

Es gibt jedoch viele Kuriositäten an diesem Wirbel. Ich stelle es mir wie einen Smoothie in einem Mixer vor, außer dass sich der ganze Mixer dreht, mit Paddeln, die sich von den Wänden des Mixers erstrecken, anstatt einer Klinge an einem Ende.

Da es keine echte Schwerkraft gibt, hängen die Luftmoleküle einfach im Raum, bis sie mit der inneren Oberfläche interagieren und ihnen eine tangentiale Geschwindigkeit verliehen wird. Der äußere Rand des Wirbels bewegt sich am Ende ungefähr mit der gleichen Tangentialgeschwindigkeit wie die innere Oberfläche, so wie Sie nicht bemerken, dass sich die Luft in Ihrem Auto mit 60 Meilen pro Stunde mit Ihnen bewegt, sollten die Anwohner nicht durch Super- Orkanartige Winde. Aber wenn Sie bedenken, wie ballistische Flugbahnen in diesem System funktionieren, wird es meiner Meinung nach das Gefühl einer stetigen "abwärts" / wirbelnden Brise geben, wenn die beschleunigte Luftmasse auf die Bodenkrümmung trifft.

Dann müssen wir Wärmeübertragung und Konvektion berücksichtigen, aber auch hier ist die Schwerkraft fiktiv, daher bin ich mir nicht sicher, ob wir über dieses System so nachdenken können, wie wir über die Atmosphäre auf der Erde nachdenken würden. Normalerweise würden Sie denken, dass heiße Luft aufsteigt und kühlere Luft absinkt , aber ohne echte Schwerkraft geht das aus dem Fenster.

Stattdessen gibt es die Reibungswechselwirkung am äußeren Rand der Atmosphäre, die den Luftmassen lineare Geschwindigkeiten verleiht. Wenn die Mixer-Analogie zutrifft, wird es meiner Meinung nach einen erheblichen Druckunterschied zwischen Achse und Außenradius geben, aber ich habe keine Ahnung, wie viel.

Aufgrund des Druckunterschieds würde also immer noch warme Luft "aufsteigen", wenn das System mit höherem Druck eine Umgebung mit niedrigerem Druck sucht, und ich denke, Sie würden Massen kühlerer Luft zurück in den Außenradius mit höherem Druck "sinken" lassen , mit all den seltsamen scheinbaren Ablenkungen, die Sie in einem rotierenden Referenzrahmen erhalten: Alles, was sich auf die Achse zu oder von ihr weg bewegt, scheint gegen den Spin abgelenkt zu sein.

Dann ist da noch die Windscherung zu berücksichtigen: Der Wechsel von einer theoretisch ruhigen Achse zu Winden mit einem Radius von 400 Meilen pro Stunde ist kein Scherz.

Zwischen dichteren, kühleren Luftmassen, die auf ihrem Weg aus der Achse gegen den Spin abgelenkt werden, und dieser stetigen Spinward-Brise von linearen Reibungsbeschleunigungen auf Oberflächenebene scheint es definitiv so, als würden wir zumindest Spinward- Buffs haben Antispinward-Brise an der Oberfläche. Es sei denn, ich habe in meinem sehr vorläufigen mentalen Modellieren irgendwelche Vorzeichen umgekehrt! :)

In Bezug auf die Wärmezufuhr haben Sie Strahlungseinstrahlung durch die Fenster, Wärmeleitung durch die Hülle und Wärme, die durch die Reibung zwischen der Atmosphäre und den Innenwänden, Gebäuden, Bäumen usw. erzeugt wird. (In einer anderen Frage schlägt Carlos Zamora vor Konvektionssysteme, die sich zwischen den Fenstern und den Landpfetten entwickeln, aber er berücksichtigt möglicherweise nicht den "Blendereffekt" ...)

Meine Frage: Wie in aller Welt wird dieses verrückte Wettersystem erfahrungsgemäß für hemdsärmelige Menschen sein, die an der Oberfläche leben? Es wird sicherlich eine verrückte Windscherung geben, wenn Sie sich von der Achse zum Radius bewegen (keine menschlichen Segelflugzeuge in diesem Szenario, denke ich, und keine flauschigen weißen Wolken). Ich denke , die Oberfläche wäre bewohnbar, auch wenn es vielleicht immer gutes Drachenflugwetter wäre.

Je strenger die Wissenschaft ist, auf die Sie sich bei der Antwort berufen können, desto besser, aber ich glaube nicht, dass irgendjemand diese Frage tatsächlich mit aller Strenge untersucht hat, also werde ich gerne auch der Phantasie und der Fantasie freien Lauf lassen. :D

Ich habe alle Diskussionen gelesen, die ich über Atmosphären in einem dieser Geräte finden konnte. Ich sehe viele suggestive Hinweise, viele fragwürdige Annahmen, aber keine klare Antwort:

Update: @Matthew macht einen wirklich guten Punkt zur Konvektion: Es sind nur verschiedene Gasdichten, die ein Gleichgewicht suchen. Als ich die Frage zum ersten Mal vorbereitet habe, habe ich mich verrückt gemacht, zwischen den beiden Referenzrahmen zu wechseln und den Übergang von der Ruhe zur Drehung zu berücksichtigen. Wenn der Lebensraum seine Zielwinkelgeschwindigkeit erreicht und der Inhalt ins Gleichgewicht kommt, werden Geschwindigkeiten durch Reibung von Wänden auf nahe gelegene Gase übertragen und dann angeklopft, bis sich alles in der Nähe der Wände relativ geordnet zusammen mit den Wänden bewegt, also alles in der Nähe der Wände verhält sich mehr oder weniger so, als ob sie unter der Schwerkraft stünden, mit Konvektionsströmungen und den ganzen neun Metern.

Gentry Lee & Arthur C. Clarke haben später in der Rama-Serie einige dieser Fragen erraten. Das Auf- und Abdrehen verursacht massive Winde, die Abkühlung bringt die Luft näher zum "Boden", und selbst wenn sie warm ist, je näher an der Mittelachse, desto niedriger der Druck, so dass weniger Moleküle aufgrund der "Schwerkraft" zu bewältigen sind. Nicht wissenschaftlich fundiert, also keine Antwort.
Ich bin neu hier. Ist das science-basedTag immer noch zu restriktiv für das, was ich erreichen möchte?
Ich denke, science-basedSie sollten anständige Antworten erhalten. Das Tag hard-sciencewird Ihnen wahrscheinlich schlechte/wenige Antworten mit vielen Argumenten geben, also denke ich, dass Sie es gut vermeiden können. Wenn Sie auf ein Etikett verzichten, scienceerhalten Sie viele Vermutungen, Vermutungen, "vielleicht" und einige gute Antworten. IMO, Sie können loslegen, auch wenn Sie nicht die Antwort(en) erhalten, nach der Sie suchen. Persönlich, IDK, wenn jemand große Luftmassen in einem massiv großen Zylinder erforscht hat. Es sollte interessant sein, ob jemand anderes von solchen Forschungen gehört hat.
Ich bin damit zufrieden, dass Amateurphysiker und Meteorologen mit ihrem Wissen prahlen. :D
Da niemand tatsächlich einen O'Neill-Zylinder gebaut hat , weiß ich nicht, ob wir das mit Sicherheit sagen können (zumindest außerhalb einiger ernsthafter Computermodelle). Ich möchte jedoch darauf hinweisen, dass die Annahme, dass Konvektion nicht funktioniert, weil die Schwerkraft "gefälscht" ist, nicht unbedingt gilt. Sie sprechen von Phänomenen, die aufgrund von Dichtetrennung auftreten. Wir haben nämlich viel Erfahrung mit dichtebasierten Trenngeräten, die über „falsche“ Schwerkraft funktionieren. Sie werden Zentrifugen genannt .
Meta-Beobachtung: Ich bekomme ein gutes Kichern, dass die einzige Antwort hier bisher, die tatsächliche WISSENSCHAFT zitiert, die einzige mit einer Ablehnung ist. „Können Sie ein Peer-Review-Journal zitieren, um Ihre Ablehnung zu rechtfertigen?“ :D
Auf- und Abwinde funktionieren immer noch mit der erwarteten Stärke auf lokaler Ebene, abhängig nur von der Luftdichte und der scheinbaren "Schwerkraft". Allerdings krümmen sich Aufwinde in Richtung Spinward und Abwinde krümmen sich in Richtung Antispin. Der Abweichungswinkel von der Vertikalen ist proportional zum Verhältnis der vertikalen (relativen) und horizontalen (absoluten) Geschwindigkeit.

Antworten (4)

Insgesamt erhalten Sie Konvektions- und Coriolis-Effekte durch Luftbewegungen, genau wie auf einer rotierenden Planetenoberfläche. Der größte Unterschied im Vergleich zu Coriolis besteht darin, dass die Rotationsachse parallel zum Boden liegt und es einen großen Geschwindigkeitsunterschied über einen relativ kleinen Höhenbereich gibt.

Auf der Erde ist der Coriolis-Effekt bei einem starken Aufwind in der Nähe des Äquators vernachlässigbar, weil Sie die Luft vielleicht einen Kilometer anheben, mit einem Startradius von 6400 km und einer Rotationsrate von 24 Stunden. In Ihrem O'Neill-Zylinder heben Sie Luft einen Kilometer aus einem Startradius von 3,2 km und einer Rotationsgeschwindigkeit von einer halben Minute an – wie Sie also bemerken, gibt es rund 200 km/h Unterschied in der Rotationsgeschwindigkeit vom Boden zum Boden 1km Höhe.

Sie haben also den tausendfachen Coriolis-Effekt, den Sie auf der Erde haben würden. Wird das jedes Mal Tornados erzeugen, wenn der Boden etwas wärmer als die Achse wird?

Wahrscheinlich nicht.

Warum? Ein Aufwind wird es nie schaffen, genügend Schwung aufzubauen, um sich in einen (horizontalen) Wirbelsturm zu verwandeln; es beginnt sich fast sofort spinward zu drehen. Stattdessen erhalten Sie winzige Wirbel, sicherlich nicht größer als ein kleiner Staubteufel (ein oder zwei Meter Durchmesser und ein paar m / s oder so Rotationsgeschwindigkeit), und für eine Person auf dem "Boden" sind sie möglicherweise nur als wahrnehmbar ein Windstoß, der dein Haar in die eine Richtung und deine Hosenbeine in die andere Richtung weht. Am Ende kann die Luft immer noch aufsteigen, sodass Sie Wolken und Regen entwickeln können (vorausgesetzt, es ist genügend Feuchtigkeit und Temperaturunterschied über der Höhe vorhanden) - aber Sie werden keine heftigen Coriolis-Stürme bekommen, weil der Coriolis-Effekt zu groß ist.

Ich bereite selbst eine Antwort vor, und meine Schlussfolgerung ist, dass das gesamte Habitat selbst ein heftiger Sturm ist. :D
Ich mag die Idee der Wirbel; wie kleine horizontale Staubteufel. Ich denke, der Effekt wäre am Rand der Fenster ausgeprägter. Vielleicht doch kein gutes Drachenflugwetter?
Sie werden mehr Wirbel bekommen, wo die Luft erhitzt wird, wo sie den erhitzten "Boden" berührt - die Fenster benötigen eine konstante Wärmezufuhr, um zu verhindern, dass sie überfrieren (strahlen in den Weltraum, außer dort, wo der Spiegel Sonnenlicht liefert). Kein Grund, Energie aufzuwenden, um sie über die Lufttemperatur zu erhitzen.

Ja, es wird Windscherung geben, aber das ist irrelevant:

Auf der Erde besteht ein Unterschied von 1656 km/h über eine Entfernung von 10.000 km zwischen der Geschwindigkeit der Luftbewegung an den Polen und der Geschwindigkeit am Äquator. Aufgrund der großen Streuung ist der Sprung so gering, dass dieser Coriolis-Effekt nur im globalen Maßstab wahrnehmbar ist. Auf Ihrem O'Niell-Zylinder haben Sie einen Luftgeschwindigkeitsunterschied von 630 km/h zwischen der Mitte und dem Umfang, aber dieser Geschwindigkeitsunterschied erstreckt sich nur über 3,2 km. Dies bedeutet, dass Ihr Coriolis-Effekt etwa 1200-mal stärker ausgeprägt ist als auf der Erde, aber die Art und Weise, wie ein O'Niell-Zylinder funktioniert, wird diese zusätzliche Windscherung für den Beobachter in den meisten Fällen zu Null machen.

Hurrikan-/Tornadowinde sind nicht deshalb so gefährlich, weil sie schnell sind, sondern weil sie sich mit einer anderen Geschwindigkeit bewegen als wir. Nehmen wir an, Sie bauen einen 1 km hohen Turm im Inneren des O'Niell-Zylinders. Die Basis wird sich mit 630 km/h bewegen und die Spitze wird sich um einen kleineren Kreis bewegen; er bewegt sich also nur mit 433 km/h. Übrigens wird die Luftgeschwindigkeit am Boden etwa 630 km/h betragen, und die Luft bei 1 km wird ebenfalls etwa 433 km/h betragen; Sie werden also keine Änderung der Luftgeschwindigkeit relativ zu Ihrer eigenen feststellen, wenn Sie nach oben gehen. Die einzigen Wesenheiten innerhalb des Zylinders, die diese Scherung erfahren werden, sind alles, was frei schwebend ist und sich noch mit der Rotation des Zylinders synchronisieren muss.

Der einzige scheinbare Wind, den Sie bekommen werden, kommt davon, ob Muster durch die externe Erwärmung und Abkühlung des Zylinders gebildet werden, was zu Aufwinden über den Gradienten führt.

"Die einzigen Wesenheiten innerhalb des Zylinders, die diese Scherung erfahren werden, sind alles, was frei schwebend ist und sich noch nicht mit der Rotation des Zylinders synchronisieren muss." Genau die Schlussfolgerung, zu der ich gekommen bin. (Dies ist das Szenario, das mich zuerst über diese Frage nachdenken ließ.)
@David Apropos nicht synchronisiert ... wenn Sie Luftschleusen in der Mitte der Enden platzieren, sollten Versorgungsschiffe in der Lage sein, unter minimaler Scherung einzufahren und entweder Aufzüge zum Entladen der Fracht zu verwenden oder den Windgradienten nach unten zu fahren. Daher sollte es kein großes Problem sein, nicht synchronisiert zu sein.
"Wenn Sie Luftschleusen in der Mitte der Enden platzieren" ... genau so hat es Rama gemacht, und ich glaube auch Howard Taylor (ähnliche Strukturen tauchen einige Male in Schlock Mercenary auf ). Eigentlich müssen Sie das ziemlich genau tun, denn das Halten der Position in Bezug auf etwas, das sich nicht nur dreht, sondern sich bewegt , ist lächerlich schwer und erfordert einen konstanten Kraftstoffverbrauch. Von der Achse entfernte Luken neigen dazu, alles, was sie verlässt, vom Zylinder wegzuwerfen (obwohl dies für einige Arten von Austritten – nur nicht für Eintritte – eine gute Sache sein kann).
Interessant! Wahrscheinlich unpraktisch, ein Fahrzeug in das Hauptvolumen des Habitats zu fliegen, verglichen mit dem Umschlag von Fracht in einem Mikrogravitationsabschnitt des Habitats und dem anschließenden Transfer, aber für die richtige Einstellung wäre es ziemlich cool.

Es hängt wirklich davon ab, wie heiß der Boden ist. Wenn die Struktur viel Sternenergie absorbiert und als Wärme in Bodennähe nach innen überträgt, dann werden Sie viel Konvektion und die Gewitter usw. bekommen, die damit einhergehen. Wenn Sie relativ wenig Wärme direkt in Bodennähe einführen, aber die Atmosphäre hauptsächlich von oben nach unten erwärmen, indem Sie das verwenden, was ich als "zentrales Filament" -Design ansehe (gemäß Rama von Arthur C. Clarke), haben Sie viel mehr Kontrolle darüber die Emissionswellenlänge und ihre Wechselwirkung mit der inneren Landschaft und Sie können weniger heftiges Wetter erzeugen.

O'Neils Design sieht vor, dass die meiste Wärme vom Boden über die Spiegel und Fenster kommt. Da wir der Sonne direkt ausgesetzt sind, kann es zwischen Fenster- und Landpfetten zu einem erheblichen Wärmegradienten kommen. Sehr interessant! Clarkes zentraler Faden ist leider „ausreichend fortschrittliche Technologie“ für das Szenario „Dinge, die wir tatsächlich bauen können“.
@David Wir könnten mit moderner Technologie ein Lichtgitter entlang der Drehachse bauen, es hat immerhin sehr wenig Stress und das Wenige ist symmetrisch verteilt. Ich bin mir nicht sicher, ob wir genug Photonen schnell genug herauspumpen könnten, um die Arbeit zu erledigen, oder nicht.
Heh, OK, wenn du es so einfach machen willst! Ich stellte mir eine Art Plasmaleitung vor. Ich frage mich, ob LED genug Licht für den Job abgeben könnte? Ich würde es hassen, der Typ zu sein, der die Glühbirnen wechseln muss.
@David Ich bin mir nicht sicher, aber mit modernen LEDs ist es möglich, und sie können auch spektrumabgestimmt werden. Ja, nein, das ist kein Job für jemanden, der das geringste Problem mit Höhen oder Koordination hat, also ist das ein hartes Nein für mich.

Als ich an Mixer dachte, musste ich an Tornados denken.

Wenn wir die größten aufgezeichneten Tornados betrachten, war der El Reno-Tornado 2013 4,2 km breit mit maximalen Windgeschwindigkeiten von 302 mph. Ein O'Neill-Zylinder mit diesen Spezifikationen erzeugt nur 0,4 g Beschleunigung.

Mit einem O'Neil-Zylinder sprechen wir buchstäblich davon, einen Supertornado in Flaschen zu füllen und Lose in den Wänden des Sturms zu verkaufen. 🤯

Weil die Grundstücke und die Menschen, die darauf leben, mit dem Sturm umziehen, ist natürlich alles in Ordnung. Vielleicht?

Indem wir die Eigenschaften von Tornados und Mesozyklonen untersuchen , können wir beginnen, einige interessante Vermutungen für den Erbauer dieser Monstrositäten anzustellen.

  • Tornados geben Geräusche ab:
    • Hochfrequenz ( Abdullah, 1966 ): Atmosphärische Tornados wurden als "ein eigentümliches jaulendes Geräusch wie das Summen einer Million Bienen" beschrieben, das von einem Brüllen übertönt wird, das einsetzt, wenn der Tornado den Boden berührt.
    • Niederfrequenz ( Bedard, 2005 ): Tornados erzeugen identifizierbare, nicht hörbare Infraschall-Signaturen
  • Der Druck fällt im Kern des Tornados schnell ab (wie ich aufgrund der Mixer-Analogie vermutet habe). Eine Person , die berichtete , das Zentrum eines relativ kleinen Tornados über ihrem Kopf gesehen zu haben, berichtete von einem "starken Gasgeruch und es schien, als könnte ich nicht atmen".
  • Tornados senden elektrische Signale und Felder aus ( Leeman, 2008 )
  • Derselbe Bericht beschreibt das Zentrum als sehr still: "Alles war so still wie der Tod."
  • Derselbe Bericht beschreibt Blitze (!) in der Mitte: "Das Ganze wurde durch ständige Blitze, die im Zickzack von einer Seite zur anderen wanderten, brillant sichtbar gemacht", obwohl Wikipedia feststellt, dass "tornadische Stürme nicht mehr Blitze enthalten als andere Stürme" (Zitat erforderlich).

Der Vergleich ist natürlich kompliziert, da es schwierig ist, die Auswirkungen von Wechselwirkungen zwischen einem Tornado und der größeren Atmosphäre zu trennen. (Es ist einfacher, Effekte von Wechselwirkungen mit dem Boden zu trennen, da viele Tornados in der Luft mit unterschiedlichen Eigenschaften beobachtet wurden.)

Update zur Verdeutlichung : Wie bei allem, was sich auf rotierende Referenzrahmen bezieht, dreht sich alles um Ihre Perspektive. Die gute Nachricht ist, dass sich die Bewohner, wie ich bereits erwähnt habe, mit dem Sturm bewegen, sodass die Erfahrung der inneren Oberfläche wahrscheinlich eher einem stürmischen Herbsttag entspricht. Die Gefahr eines Tornados besteht darin, wie der Wirbel mit stationären Objekten auf dem Boden interagiert, dh in einem anderen Trägheitsbezugssystem . Wir haben diesen Wirbel in einer Flasche eingefangen, aber es ist immer noch ein Wirbel, daher ist der Vergleich mit Tornados in der Luft eine nützliche Übung. /Aktualisieren

Die wichtigsten potenziellen Merkmale für einen Bewohner der Kolonie könnten sein:

  • Die Bienen. Ist dieses Schallphänomen dem Tornado selbst inhärent oder ist es eine Wechselwirkung mit der äußeren Atmosphäre? Einige Beobachter haben das Geräusch mit den kleinen Nebenwirbeln in Verbindung gebracht, die anscheinend vom äußeren Rand des Haupttornadowirbels ausgestrahlt werden, sodass dies möglicherweise nur ein Merkmal von terrestrischen Tornados ist. Niemand weiß es jedoch, also ist dies immer noch ein faires Spiel für kreative Lizenzen.
  • Die braune Note. Infraschallemissionen können Reizbarkeit, Schlafstörungen und Müdigkeit hervorrufen .
  • Das elektrische Feld. Wir wissen bereits, dass die Kolonie wie ein riesiger Faraday-Käfig wirkt, der erfordert, dass äußere Signale im Inneren wiederholt werden. Würde der Lärm im Inneren die Funkkommunikation dämpfen? Würde ein Handy funktionieren?
  • Der Blitz(?!). Würden die Bewohner an der Achse einer ständigen Lichtshow ausgesetzt sein? Hoffentlich wäre dieser Effekt für präventives Engineering zugänglich!

Einige sehr interessante, nicht offensichtliche Effekte der Umgebung, nützlich für Geschichtenerzähler, aber vielleicht weniger nützlich für die idyllischen Visionen von O'Neill und Bezos. :)

Mich interessieren auch die Effekte an der Achse. Alte Geschichten über O'Neill-Zylinder sind voller Menschen, die mit Flügeln usw. im freien Fall im Zentrum fliegen. Ein Buch, das ich gelesen habe, hatte sogar einen Berg an einem Ende, auf den man bis zur Achse klettern konnte. Klingt so, als würde das Fliegen funktionieren, vielleicht mit Sauerstoff, aber kommen Sie nicht zu nahe an die 400-Meilen-Wände des Wirbels heran. Und pass auf den Blitz auf!

Sofern nicht etwas den Luftdruck von der Achse des Zylinders ablässt (Leckbohrer!! Gehen Sie in einen Unterschlupf, setzen Sie Ihre Notfallblasen auf und brechen Sie die Patch-Kits aus!), Fehlt die Drucksenke, die für die Tornadobildung von zentraler Bedeutung ist . Gibt es stattdessen Grund zu der Annahme, dass der Luftstrom (im Allgemeinen, wenn man die Konvektion und ihre Coriolis-Effekte ignoriert) turbulent genug wäre, um die 640 km / h zu bemerken, genauso wenig wie wir den Wind von 1600 km / h bemerken, in dem wir am Äquator der Erde leben? ?
Ich bin mir nicht sicher, worauf Sie hinauswollen. Ich bin mir ziemlich sicher, dass der Druckunterschied zwischen Zentrum und Umfang eines Wirbels auf die Rotation zurückzuführen ist. Sie sehen den gleichen Effekt in einem Mixer oder einem Spülbeckenabfluss. Das Einzige, was dem Habitat fehlt, ist die axiale Beschleunigung, um es zu einem Kegel zu formen. Apropos Turbulenz: Wie auf der Erdoberfläche bewegen sich die Bewohner auf der Innenfläche des Zylinders mit der gleichen Geschwindigkeit wie die lokale Atmosphäre. Ich gehe davon aus, dass es meistens gutes Drachenflugwetter ist, aber hoffentlich nichts Schlimmeres. Schließlich, warum die Ablehnung?
"Ich gehe davon aus, dass es die meiste Zeit gutes Drachenflugwetter ist." Das ist ganz anders als zu sagen, dass jeder im Zylinder in der Wandwolke eines F5-Tornados lebt. Was den Schaden anrichtet und die anderen Auswirkungen eines Tornados erzeugt, ist eine Kombination aus dem Bringen von nahezu stratosphärischem Luftdruck auf Bodenhöhe und dem Reiben eines Windes mit 300 Meilen pro Stunde über den Boden. Beides kommt in unserem O'Neill-Habitat nicht vor.
Wie bei allem in dieser Angelegenheit hängt alles von Ihrem Referenzrahmen ab. Von einem freischwebenden Beobachter an der Achse sieht es eher so aus, als würden Menschen an der Wand eines Tornados leben. Wenn Sie zu weit von der Achse weg driften, treffen Sie auf die Innenwand des Wirbels und erleben einige unangenehme Effekte. Ich werde meine Antwort aktualisieren, um sie zu verdeutlichen.
Es gibt keine innere Wand des Wirbels . Die Luftviskosität stellt sicher, dass es einen mehr oder weniger glatten Übergang von der "um ihre Achse rotierenden" Luft an der Null-G-Linie zu der "in Bezug auf den Boden stillstehenden" Luft an der Außenhülle gibt. Freier Fall von der Achse und Sie nehmen die horizontale Geschwindigkeit vom Coriolis-Effekt auf, aber die Luft fällt nicht frei, sie mischt sich.
"Es gibt keine innere Wand des Wirbels." Können Sie das begründen? Luft ist auf der Erde genauso viskos, und wir sehen immer noch Zentren und Wirbel-„Wände“ in Hurrikanen und Tornados. (Ich verwende wahrscheinlich umgangssprachlich den falschen Begriff; mit "Wand" meine ich eine Zone mit scharfem Übergang von Druck / Geschwindigkeit.) Sie haben Druckabfälle in einem früheren Kommentar erwähnt; was meiner Meinung nach impliziert, dass etwas außerhalb des Wirbelsystems diesen Druck herauszieht, während es in dem vorgeschlagenen Lebensraum ein geschlossenes System ist, also keine externen Senken. Ist es das, was ich hier in meinem Verständnis vermisse?
"Bienen", Blitze und braune Noteneffekte von Tornados in der Luft können alle auf den sehr plötzlichen Unterschied der Luftgeschwindigkeit zwischen der sich bewegenden Kante des Tornados und der ruhenden Luft, durch die er strömt, zurückgeführt werden. Diese Steigung von mehreren hundert km/h über nur wenige Meter erzeugt eine Menge "Reiben". In Ihrem O'Neill-Habitat befindet sich die Außenwand Ihres Systems (das Habitat selbst) in einem Vakuum, sodass Sie keine lauten Geräusche bekommen sollten.
@Nosajimiki Aus den Papieren, die ich mir angesehen habe, verstehen sie nicht wirklich vollständig, was genau vor sich geht oder diese Effekte in einem Tornado verursacht. Dieses NOAA-Diagramm legt nahe, dass ein Großteil des Infraschalls und ein Teil des hörbaren Rauschens vom Kern des Wirbels erzeugt werden und nicht von der Grenzschicht oder der Scherinstabilität, aber ich habe noch keine Veröffentlichungen gefunden, die das Diagramm erläutern.
@David Genau. Durch eine Kombination aus starkem Aufwind und der Zentrifugalwirkung des Wandwindes wird der Druck im Kern ständig abgebaut. Im Zylinder würde das ein verheerendes Leck darstellen.
@ZeissIkon OK, also entfernen Sie den starken Aufwind (und was ist überhaupt die Quelle dieses starken Aufwinds?), Wir haben immer noch den Zentrifugaleffekt, der meiner allgemeinen Erfahrung nach einen Kern mit niedrigerem Druck und einen Umfang mit höherem Druck erzeugen wird. Siehe auch Matthews Kommentare oben über Zentrifugen. Ich übertreibe wahrscheinlich etwas mit "Tornado in einer Flasche", aber es scheint mir, dass es genügend Korrespondenzen gibt, um Spekulationen zu stützen.
Es gibt immer noch nichts, was eine Scherung hervorrufen könnte. Die Luft bewegt sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Boden, und jede Schicht unterscheidet sich kaum von denen direkt darüber oder darunter.
Nun, ich schätze, ich verstehe auch nicht, warum ein Hurrikan oder ein Tornado oder der Abfluss an meinem Waschbecken ein ruhiges Zentrum hat, das von relativ heftigen Turbulenzen umgeben ist. Ist "scheren" das falsche Wort? Wenn dies ein rotierender Festkörper wäre, hätten Sie einen glatten Gradienten mit zunehmender Tangentialgeschwindigkeit von der Achse zum Umfang, aber da Luft viskos ist, wird sie nicht als Festkörper fungieren. Kühlere Luft mit höherer Dichte bewegt sich zum Umfang hinaus und hinterlässt wärmere Luft mit geringerer Dichte in der Mitte, wobei Konvektionsströme ein- und ausfließen. Da ist Ihr Drucksenke: Es ist an den Wänden.
Orkanartige Winde oder sanfte Brisen in einem O'Neill-Zylinder?
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