Physik des erdnahen Weltraums: Eine Einführung by Professor Dr. Gerd W. Prölss (auth.)

By Professor Dr. Gerd W. Prölss (auth.)

Dieses Buch, das in die Gebiete, Methoden und Ergebnisse der Extraterrestrischen Physik einführen möchte, wendet sich an ein relativ breites Publikum. Vorausgesetzt werden lediglich Grundkenntnisse der Mathematik und Physik, wie sie in den ersten Semestern eines natur- oder ingenieurwissenschaftlichen Studiums erworben werden. Spezielleres Wissen wird im Zusammenhang mit dem jeweils betrachteten Phänomen abgeleitet. Es eignet sich daher sowohl zum Selbststudium für Quereinsteiger als auch vorlesungsbegleitend für alle Studentent der Fachrichtungen Physik, Geophysik, Meteorologie und Astronomie.

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Offenbar dominieren bis in diese Höhe Durchmischungsvorgänge, die einer gravitativen Entmischung entgegenwirken. Um zu verstehen, warum sich die Homopause erst in 100 km Höhe (und nicht, wie früher vermutet, in Tropopausenhöhe) befindet, bestimmen wir die Effektivität der Durchmischungs- und Entmischungsvorgänge an Hand ihrer charakteristischen Zeitkonstanten. Dabei gilt es zunächst den Durchmischungsvorgang selbst quantitativ zu erfassen. Wirbeldiffusion. Hauptursache für die Durchmischung der Atmosphäre ist das, was man als Turbulenz bezeichnet.

Recht abstrakten Ansätzen. Bei Gasen führen diese Ansätze glücklicherweise auf eine sehr anschauliche Deutung dieses Begriffs. 25) U f bezeichnet dabei die über die verschiedenen Freiheitsgrade eines Gasteilchens gemittelte Wärme oder innere Energie pro Freiheitsgrad und k die Boltzmann-Konstante. "lJ: Abb. 7. 26) Diese für unsere Zwecke meist a usreichende Beziehung zeigt , daß die Temperatur a uch als ein Maß für die im Mittel in der thermischen translatorischen Bewegung eines Gasteilchens gespeicherte Energie verstanden werden kann.

Mit ungeordneter Bewegung sind dabei Abweichungen von der durchschnittlichen Geschwindigkeit i1 gemeint. Diese Abweichungen liegen in unterschiedlichen Formen vor. Bei Gasen gehört in jedem Fall die durch die Geschwindigkeit c charakterisierte translatorische Bewegung der Teilchen dazu. Besteht das Gas aus Molekülen, erweitert sich das Repertoire um Molekülrotationen und -schwingungen. Diesen Unterschied berücksichtigend gibt der Freiheitsgrad f für jede Teilchenart die Anzahl der voneinander unabhängigen Bewegungsarten an, in denen Wärme gespeichert werden kann.

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