Vertikale Wirbelstürme in einem rotierenden Weltraumlebensraum

Ich denke, es gibt ein sehr ernstes Problem mit der Praktikabilität Ihrer Umgebung. Wenn ich Ihre Beschreibung verstehe, haben Sie einen Torus mit einem Hauptradius von 10.000 km und einem Nebenradius von 200 km, der sich schnell genug dreht, um ungefähr 1/3 g zentrifugale „Schwerkraft“ innerhalb des Volumens des Torus zu erzeugen.

Aber dann wollen Sie ungefähr 1 Atmosphäre Druck im Torus. Die Atmosphäre wird auf die gleiche Weise zum Außenradius des Torus getrieben, wie unsere Atmosphäre durch die Schwerkraft der Erde an die Oberfläche gezogen wird. Dies führt zu einem Druckunterschied mit einer ähnlichen Höhe wie in unserer Atmosphäre.

Unter Verwendung der barometrischen Formel für einen Oberflächendruck von 100 kPa (1 Atmosphäre), eine Gravitationskonstante von g/3 und eine thermisch ausgeglichene Temperatur von 290 Kelvin (23 °C oder 73 °F) ergibt sich der ungefähre Druck als Funktion der Höhe P(h) ~ 100.000*exp(-0,000035h) kPa. Infolgedessen sinkt Ihr atmosphärischer Druck in einer Höhe von etwa 20 km auf etwa die halbe Atmosphäre und ist in etwa 30 km Höhe niedriger als auf der Spitze des Everest.

Dies bedeutet, dass der größte Teil Ihres toroidalen Volumens ein leeres, unbewohnbares Vakuum ist. Maßstab siehe Bild unten.

Die „gute“ Nachricht ist, dass über die praktische Tiefe der Atmosphäre hinweg die Variation der Radialgeschwindigkeit nur etwa 15-20 m/s beträgt. Das sollte ausreichen, um etwas Wetter und Wind zu erzeugen, die aus Coriolis-Kräften resultieren, die auf konvektive Luftbewegungen in der Atmosphäre einwirken, aber wahrscheinlich nicht genug, um tödliche Stürme usw.

Wie @Ash in einem Kommentar betonte, sind die Hadley-Zellen ein Luftzirkulationseffekt, der berücksichtigt werden muss und eine große Rolle bei Zyklonen und Hurrikanen spielt.

Grundsätzlich entstehen Wirbelstürme durch Druck- und Temperaturunterschiede zwischen verschiedenen Luftströmen. Ich sehe nicht, wie in Ihrem Szenario der Luftstrom unterschiedlich erhitzt werden kann, um einen Zyklon zu bilden.

Sicher, wenn sich die Luft in Ihrem Hohlzylinder bewegt, würde sie durch den Coriolis- und den Eotvos-Effekt gezwungen, die Richtung zu ändern, aber warum sollte sie sich überhaupt bewegen?

tl;dr; Keine Wirbelstürme in der Röhre, wenn sie gleichmäßig erhitzt wird

Diese Seite bietet eine großartige Erklärung des Coriolis-Effekts. Sie wird hauptsächlich durch einen Unterschied im Abstand der Erdoberfläche von der Erdachse zwischen dem Äquator und den nördlichen und südlichen Breitengraden verursacht.

Zeit, etwas Mathe zu machen. Die Luft in der Spitze des Torus würde sich bewegen$\dfrac{\pi DR}{m}$, oder$\pi(10200)0.005$Kilometer pro Minute. Das Ergebnis ist ca$160$Kilometer pro Minute.

Die Luft an der Außenseite des Torus würde sich bewegen$\pi(9800)0.005$Kilometer pro Minute. Dieses Ergebnis ist$154$Kilometer pro Minute.

Sie werden einen ziemlich starken Coriolis-Effekt haben. Der Unterschied in der Geschwindigkeit der Luft in der Ober-/Unterseite des Torus und der Außenkante wäre$6$Kilometer pro Minute. In Stunden übersetzt, ist dies$360$Kilometer pro Stunde.

Die Wirbelstürme werden das Gegenteil eines Hurrikans sein, mit hohen Windgeschwindigkeiten außen und niedrigen Windgeschwindigkeiten innen. Die Coriolis-Zyklone werden „saisonal“ sein. Das bedeutet folgendes: Sie werden nicht dauerhaft sein, sondern werden langsam hochdrehen$360$Kilometer pro Stunde, und dann wird der von den anderen Zyklonen verursachte Widerstand dazu führen, dass die Zyklone auf eine geringe oder keine Windgeschwindigkeit absinken. Dies bedeutet, dass sie wenig Reibung miteinander haben und in der Lage sein werden, sich wieder zu drehen$360$Kilometer pro Stunde. Hier ist ein Diagramm, um zu verdeutlichen, wie die Zyklone im Inneren des Torus aussehen werden:

$360$Kilometer pro Stunde ist$223.694$Meilen pro Stunde. Laut Wikipedia würden die Menschen an den Rändern des Zyklons Folgendes erleben.

Unglaublicher Schaden. Solide, gut gebaute Häuser wurden von Fundamenten eingeebnet und weggefegt; Stahlbetonkonstruktionen sind kritisch beschädigt; hohe Gebäude stürzen ein oder weisen starke strukturelle Verformungen auf; Autos, Lastwagen und Züge können ungefähr geworfen werden$1$Meile ($1.6$Kilometer).

Das glaub ich nicht. Die Erde hat eine offene Atmosphäre, in der Gase dem Weltraum ausgesetzt sind, und Ihr Torus würde die gesamte Atmosphäre enthalten. Wenn die Temperatur zwischen der Mitte und dem Rand des Rohrs stabil wäre, gäbe es außerdem keine natürlichen Orte, an denen sich Luftdruck aufbaut.
Der Coriolis-Effekt auf der Erde wird dadurch verursacht, dass die Sonne die Luft am Äquator stärker erwärmt als die Luft nördlich und südlich des Äquators. Die heiße Luft steigt auf und dehnt sich aus und wandert nach Norden und Süden. Wenn es abkühlt, sinkt es ab und schließt den Kreislauf zurück zur Erdoberfläche. Da die Temperatur innerhalb des Torus vermutlich konstant ist, würden sich diese Bereiche mit hohem/niedrigem Luftdruck nicht bilden, was bedeutet, dass der Coriolis-Effekt nicht auftreten würde.