В каком состоянии вода в космосе


Что случится с водой в космосе: замерзнет или испарится?

Космос — очень, очень холодное место (вот здесь мы писали о том, где во Вселенной находится самя холодная точка с температурой вещества 0,5 К). На сильном холоде, как подсказывает нам жизненный опыт, вода превращается в лед — кристаллизуется.

Но космос — это еще и самый близкий к идеальному вакуум, до которого можно дотянуться. Одна атмосфера эквивалентна давлению 6 x 1022 атомов водорода на квадратный метр. В лучших вакуумных камерах на Земле ученые создают давление в миллиарды раз меньшее, но в межзвездном пространстве оно опускается в миллионы и миллиарды раз ниже земных технических рекордов.

А при пониженном давлении вода переходит в газообразное состояние — кипит.

Так что же произойдет, если жидкоая вода окажется одновременно при очень низком давлении и очень низкой температуре — замерзнет или мгновенно вскипит, превратившись в газ? Ответ — в теплоемкости воды.


смос холоден, но даже в межгалактическом пространстве вода очень неплохо сохраняет то тепло, которое ей когда-то сообщили. Резко охладить ее до температуры, близкой к абсолютному нолю, невозможно — слишком велика разница между комнатной (293 К) и средней по космосу. К тому же в момент, когда вода окажется в безвоздушном холодном мраке, силы поверхностного натяжения сформируют водяные сферы, и площадь охлаждения станет минимальной.

Фото

Таким образом процесс охлаждения будет идти невероятно медленно — по крайней мере до тех пор, пока каждая молекула не окажется сама по себе, вдалеке от других уголков H2O.

А что помешает молекулам воды кинуться врассыпную? Ведь давление станет пренебрежимо мало, и переход в газообразное состояние может произойти совершенно мгновенно! Когда же молекулы или группы молекул воды окажутся относительно далеко друг от друга в облаке газа, они мгновенно растеряют кинетическую энергию, и их температура резко упадет. В каком агрегатном состоянии вода окажется тогда? Чтобы ответить, взглянем на фазовую диаграмму воды. Из нее видно, что если температура падает до -50°C, то никакое низкое давление уже неспособно сделать ее жидкой или газообразной.


Итак, последовательность событий такова: попадая в открытый космос, вода сначала мгновенно становится газообразной, а затем замерзает в виде крошечных льдинок, заполняющих межзвездную пустоту.

Источник: www.PopMech.ru

1024px-Clayton_Anderson_zero_g.jpg

Казалось бы не сложный вопрос: что произойдет с жидкой водой комнатной температуры при атмосферном давлении, если ее вылить в открытый космос?

Космос — очень, очень холодное место. На сильном холоде, как подсказывает нам жизненный опыт, вода превращается в лед — кристаллизуется.Но космос — это еще и самый близкий к идеальному вакуум, до которого можно дотянуться. Одна атмосфера эквивалентна давлению 6 x 1022 атомов водорода на квадратный метр. В лучших вакуумных камерах на Земле ученые создают давление в миллиарды раз меньшее, но в межзвездном пространстве оно опускается в миллионы и миллиарды раз ниже земных технических рекордов.А при пониженном давлении вода переходит в газообразное состояние — кипит.


Так что же произойдет, если жидкоая вода окажется одновременно при очень низком давлении и очень низкой температуре — замерзнет или мгновенно вскипит, превратившись в газ?

Ответ — в теплоемкости воды.

Космос холоден, но даже в межгалактическом пространстве вода очень неплохо сохраняет то тепло, которое ей когда-то сообщили. Резко охладить ее до температуры, близкой к абсолютному нолю, невозможно — слишком велика разница между комнатной (293 К) и средней по космосу. К тому же в момент, когда вода окажется в безвоздушном холодном мраке, силы поверхностного натяжения сформируют водяные сферы, и площадь охлаждения станет минимальной.

В каком состоянии вода в космосе
391px-Diag_phase_eau_ru.svg.png

Таким образом процесс охлаждения будет идти невероятно медленно — по крайней мере до тех пор, пока каждая молекула не окажется сама по себе, вдалеке от других уголков H2O.

А что помешает молекулам воды кинуться врассыпную? Ведь давление станет пренебрежимо мало, и переход в газообразное состояние может произойти совершенно мгновенно! Когда же молекулы или группы молекул воды окажутся относительно далеко друг от друга в облаке газа, они мгновенно растеряют кинетическую энергию, и их температура резко упадет. В каком агрегатном состоянии вода окажется тогда? Чтобы ответить, взглянем на фазовую диаграмму воды. Из нее видно, что если температура падает до -50°C, то никакое низкое давление уже неспособно сделать ее жидкой или газообразной.


Итак, последовательность событий такова: попадая в открытый космос, вода сначала мгновенно становится газообразной, а затем замерзает в виде крошечных льдинок, заполняющих межзвездную пустоту.

Можно ли увидеть это в реальной жизни? Оказалось что да. По словам астронавтов МКС они много раз наблюдали этот эффект, когда выпускали в открытый космос… мочу из космического корабля!

Когда астронавты, сходив «по маленькому», освобождают космическую станцию от лишнего балласта и отправляют свою мочу в открытый космос, по их словам, она очень бурно кипит. А затем пар почти мгновенно переходит в фазу твердого состояния, и в конечном итоге в космосе получаются такие небольшие облака очень мелких кристаллов замороженной мочи…


А вот еще интересный аспект поведения воды в невесомости.

Кипение в условиях низкой гравитации — забавнейшее зрелище. Но оно имеет значение не только как развлечение, а может преподнести ученым кое-какие открытия в области физики. Еще несколько десятков лет назад никто не знал, что представляет собой процесс кипения в космосе. Конечно, физики ломали голову, анализируя сложный характер кипения здесь, на Земле. Про космос же только предполагали, что зрелище будет еще более захватывающее. А ведь это важный вопрос, потому что кипение происходит не только в чайнике, но и в электрогенераторах и в системах охлаждения космического корабля. Поэтому инженерам необходимо знать, как происходит этот процесс.

В каком состоянии вода в космосе

Вообще-то на орбите кипение представляет собой более простой процесс, чем на Земле. Невесомость аннулирует две переменных, воздействующих на кипение — конвекцию и плавучесть. Именно поэтому кипяток ведет себя в космосе по-другому. Нагретая жидкость не поднимается, а остается рядом с нагревающей поверхностью и нагревается дальше. Те области жидкости, которые находятся на некотором расстоянии от источника тепла, остаются относительно холодными. Поскольку нагревается меньший объем воды, процесс происходит быстрее. По мере формирования пузырьков пара, они не поднимаются на поверхность, а объединяются в гигантский пузырь, который колеблется в жидкости.


В каком состоянии вода в космосе

[источники]источники
http://nauka-novosti.ru/blog/43083094225/CHto-sluchitsya-s-vodoy-v-kosmose:-zamerznet-ili-isparitsya
http://www.popmech.ru/science/309202-chto-sluchitsya-s-vodoy-v-kosmose-zamerznet-ili-isparitsya/
https://thequestion.ru/questions/37675/chto-proizoidet-s-kaplei-vody-v-otkrytom-kosmose
http://www.km.ru/nedvizhimost/davydenko_lidiruet_v_tennisnom_s
http://go2mars.info/?p=1127

Источник: pastuh83.livejournal.com

В каком состоянии вода в космосе

   

 

 

      Кометы, астероиды, метеориты приносят в Солнечную систему воду из космоса. А в космосе откуда берется вода?

 

 

    Как ни странно, источники воды – звезды. Вода накапливалась в межзвездном пространстве с тех пор, как появились первые звезды, более десяти миллиардов лет, поэтому Н2О старше Солнца, которому всего 4.5 миллиарда.


                                       

 

                                                     Рис. 1

           Межзвездный газ, звезды и Солнце на 75% состоят из водорода, второй по обилию элемент – гелий, а третийкислород, по массе его больше, чем каждого из других химических элементов. Основной поставщик кислорода – звезды «среднего возраста». Как подчеркивает Главный научный сотрудник Геологического института РАН Ю.А. Балашов, для объединения атомов водорода и кислорода в молекулу воды, необходима  высокая температура в тысячи градусов.

          Когда в звездах завершаются ядерные реакции превращения водорода в гелий, ядро звезды сжимается, его температура повышается и включаются новые термоядерные реакции образования кислорода, углерода, азота.
вновесие сил газового давления и гравитации нарушается. Атмосфера такой звезды раздувается и охлаждается, поэтому звезда превращается в красного гиганта.  На этой стадии атмосферы постепенно покидают звезды и рассеиваются в пространстве. У многих  звезд на такой стадии наблюдаются объемные колебания, истечение атмосфер, образование рассеивающихся планетарных туманностей  (рис. 2).

В каком состоянии вода в космосе

                                                                           Рис. 2

       Поступающие из ядра звезды ионы и атомы кислорода в условиях более низкой температуры атмосферы превращаются в молекулы. Дальше от звезды, где холоднее, молекулы более тугоплавких химических элементов объединяются в пылинки, а водород и кислород покрывают пылинки ледяным слоем (рис. 3). 


В каком состоянии вода в космосе

                                               Рис. 3

Поэтому не удивительно, что молекулы воды так широко распространены в космосе. После молекулы водорода Ни очень стабильной молекулы СО вода Н2О на третьем месте. Следующий этап жизни воды – на пылинках газопылевых облаков (рис 4).

В каком состоянии вода в космосе

                                               Рис. 4

   Межзвездные пыль и газ образуют облака различного размера, температуры и плотности. Эти облака заполняют огромные темные холодные пространства  между звездами. В результате быстрого вращения галактик газопылевое вещество опускается к их экваторам, где формируются более плотные диски. Именно в них возникают уплотнения, превращающиеся в зоны звездообразования.


        Наступает следующий этап – вода активно участвует в рождении молодых звезд. В сгустках газопылевых облаков неоднократно обнаруживали воду. Наблюдали воду и в окрестностях очень молодых звезд, еще не освободившихся от окружающего их газопылевого вещества. Вода в виде холодного пара способствует охлаждению протозвезд и их дальнейшему сжатию.

   «Группа американских астрономов из Корнеллского университета нашла в большом молекулярном облаке созвездия Ориона (область активного звездообразования)  самую значительную из известных концентрацию паров воды. За один день это гигантское облако производит из водорода и кислорода такое количество воды, которым можно было бы 60 раз наполнить все моря и океаны земного шара.» (рис. 5)

В каком состоянии вода в космосе

                                                         Рис. 5

    Воды  в космосе огромное количество, но ее довольно сложно наблюдать по многим причинам. БОльшая часть воды находится в виде льда, которого насчитывается 11 модификаций, в зависимости от давления и температуры изменяется структура кристаллических решеток, а при низких  температурах лед становится аморфным. 

   Некоторые спектральные линии воды обнаруживаются при космических исследованиях в инфракрасном, субмиллиметровом и ультрафиолетовом диапазонах.

   Спектры воды с Земли наблюдаются в радиодиапазоне (1.35 см) в виде линий поглощения на фоне спектров излучающих источников.

  Большой неожиданностью было обнаружение в некторых областях звездообразования вместо линий поглощения ярких линий излучения молекул ОН и Н2О. Линии были очень узкими, что говорит о кинетической температуре всего в пару десятков градусов Кельвина. С другой стороны, зная расстояние до наблюдаемых объектов, оценили яркостную температуру, которая оказалась  неимоверно высокой: 10^14 – 10^15 К ! Стало ясно, что это излучение не тепловое, а мазерное. Мазеры – лазеры радиодиапазона. Накачка мазеров производится инфракрасным излучением образующихся звезд, которые пока не сжались и не разогрелись. Их размеры – с Солнечную систему, а температура  всего 3-4 тысячи градусов.

   Вода не только участвует в образовании звезд, но и активно влияет на дальнейшую судьбу планетных систем.

   Водород и кислород захватываются звездным ветром и в условиях более низкой, чем в звезде, температуры, порядка тысяч градусов, образуют пар, и в таком виде вода попадает на поверхности планет. Возможность удержания пара (воды) в атмосферах зависит от массы планет и их температуры. Следовательно, вода может существовать и на планетах других звезд.

   Описанные процессы можно наблюдать на примере Солнца и Солнечной системы. На планетах, близких к Солнцу, вода испаряется, на Земле – условия для жидкой воды – наилучшие. Возможно, есть вода и на Марсе, и на  некоторых спутниках планет. Самые далекие планеты состоят из льда с примесью более тяжелых элементов. Периферия бывшего газопылевого блака, из которого возникла Солнечная система, занята астероидами пояса Койпера и кометами области Оорта. ( рис 6)  Эти тела почти полностью состоят из льда, кометы часто попадают во внутренние области Солнечной системы, и, неся замерзшую воду, падают на Солнце.

В каком состоянии вода в космосе

                                                       Рис. 6

      Наше Солнце не остается в долгу: его солнечный ветер заполняет гелиосферу и выносит массы воды в межзвездное пространство. Ведь на планеты попадает ничтожная часть солнечного ветра. Суммарный угловой диаметр всех планет, видимых с Солнца, не превышает 5-6 минут, а солнечный ветер распространяется  с различной интенсивностью во все стороны на 360 градусов.

     История космической воды продолжается

Источник: www.spacephys.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.