Что случится с водой в космосе?
Итак, недавно мы обсуждали, почему на Марсе нельзя снимать скафандр и дышать через трубку? Температура то там временами практически земная!
Что произойдет, если жидкую воду выплеснуть в космос? Вода окажется одновременно при очень низком давлении и очень низкой температуре. И что с ней произойдет? Замерзнет или мгновенно вскипит, превратившись в газ?
Самое интересное, что космонавты на МКС достаточно часто видят в реале, что происходит с жидкостью в открытом космосе…
Основной ответ можно получить вспомнив про теплоемкость 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.
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…
Источник
Как ведет себя вода в космосе
Космонавты, несущие свою вахту на МКС, регулярно проводят различные опыты в невесомости. И российские, и американские космонавты снимают результаты опытов на видео, чтобы ученые на Земле могли изучить влияние невесомости на совершенно разные вещи, а мы — просто полюбовались необычными свойствами обычных вещей.
Так в последнее время космонавты полюбили снимать ролики с водой, которая ведет себя в космосе самым волшебным образом.
Под воздействием силы поверхностного натяжения, которая стремится уменьшить площадь поверхности жидкости, вода в безгравитационном пространстве демонстрирует настоящие фокусы.
Так, разлитая жидкость собирается в один шар прямо в воздухе, не касаясь плоской поверхности. Наполнить водой бутылку будет совершенно невозможно: из жидкости образуются крошечные пузыри, которые будут плавать по емкости, не оставаясь на дне и не смешиваясь. Не менее сложным будет выплеснуть воду из заполненного сосуда − бутылку необходимо будет трясти или крутить так, чтобы жидкость прилипла к стеклянным стенкам. Совершенно не возможно в космосе плакать: все слезы останутся на лице плачущего космонавта. И если плакать слишком долго, то вскоре все лицо будет находиться под толстым слоем водяного пузыря. Избавиться от него можно, только вытерев полотенцем.
А что же будет, если попытаться это полотенце потом выжать? Вода с полотенца останется на полотенце и не будет каплями разлетаться по пространству.
Именно из-за нестандартного поведения воды в космосе космонавты МКС не могут принимать душ. Заменой для космонавтов служат специальные влажные полотенца для обтирания.
Наверное, поэтому, не смотря на все чудеса космоса, космонавты все же очень скучают по дому, по душу и по нормальному поведению привычных вещей.
Источник
Что случится с водой в космосе: замерзнет или испарится?
Космос — это пространство с рекордно низкой температурой и давлением. В таких условиях не может существовать вода и любое другое вещество в жидком состоянии. Что будет с водой, специально спущенной в космос? Она замерзнет или испарится?
Кипение и замерзание воды при нормальных условиях
Нормальными условиями считается давление, равное 760 мм рт. ст по ГОСТу (равняется атмосферному давлению) или же 100 кПа по ИЮПАК (используется для проведения химических и физических опытов). При нормальном давлении вода кипит при температуре 100°С, а замерзает — при 0 °С. Однако, изменение давления в большую или меньшую сторону изменяет температуру кипения воды с определенной тенденцией.
Парадоксы низкого и высокого давления
На кипение воды сильнее всего влияет не температура, а давление. Если его повысить по сравнению с нормальным, то вода закипит при температуре, которая больше 100°С (температуры кипения воды при обычных условиях). Если его понизить, то вода закипит при температуре, которая ниже 100°С. В космосе давление низко настолько, что условия почти напоминают вакуум. В такой ситуации вода, попавшая в космос, мгновенно закипит. Но что произойдет с ней дальше?
Может ли замерзнуть кипяченая вода?
В процессе кипения вода излучает тепло и отдает большую его часть, которая заключена в химических связях. Это понижает температуру жидкости. Если она находится в сосуде, то она может замерзнуть — покрыться коркой льда. Однако, такое возможно лишь тогда, если емкость имеет узкое горло и расширяется к низу. Замерзшая жидкость начнет сублимироваться — переходить из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое. Вода целиком превратиться в пар.
Если жидкость не находилась в сосуде, а была в свободном состоянии, то произойдет двоякая ситуация. Одна часть воды быстро испариться, а вторая успеет стать микроскопическими частичками льда.
Именно из-за экстремально низкого давления в открытом космосе не существует жидких веществ. В нем можно найти только газообразные или твердые.
В космосе вода проходит через ряд сложных этапов. Сначала она нагревается из-за очень низкого давления, а затем отдает тепло и охлаждается. Когда-то она достигает такого низкого значения, что замерзает окончательно. Однако, на этом этапе превращения вещества не прекращаются. После окончательного замерзания вода начинает испаряться, превращаясь в газообразное состояния, минуя жидкое. Этот процесс называется сублимацией. Таким образом, в космосе вода может существовать только в двух состояниях: газообразном и твердом.
Источник
Журнал «Все о Космосе»
Жидкая вода может существовать на поверхностях спутников свободнолетящих планет
Спутники планет, не имеющих родительской звезды, могут иметь атмосферу и удерживать на поверхности жидкую воду. Астрофизики из Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене, Германия, рассчитали, что такие системы могут содержать достаточно воды для зарождения жизни – и ее поддержания.
Вода чрезвычайно важна для поддержания жизни на планете, однако до настоящего времени существование воды на поверхности планеты, отличной от Земли, так и не было доказано напрямую. Однако были обнаружены признаки, указывающие на наличие подповерхностных океанов на нескольких спутниках планет внешней части Солнечной системы – таких как спутник Сатурна Энцелад и три спутника Юпитера – Ганимед, Каллисто и Европа. Поэтому у ученых возник вопрос: а каковы шансы обнаружить жидкую воду на спутниках планет, расположенных за пределами Солнечной системы?
В новой работе совместно с коллегами из Чили физики из Университета Людвига-Максимилиана профессор Барбара Эрколано (Barbara Ercolano) и доктор Томасо Грасси (Tommaso Grassi) использовали математические методы для моделирования атмосферы и химического состава газовой фазы спутника, обращающегося вокруг свободнолетящей планеты. Свободнолетящей называют планету, не связанную ни с одной звездой.
Свободнолетящие планеты, или планеты-странницы, представляют интерес для ученых, поскольку ранее были выявлены признаки, указывающие на наличие большого числа таких планет в нашей Галактике. Согласно оценкам, Млечный путь содержит примерно столько же планет-странниц, сколько звезд – то есть свыше 100 миллиардов таких объектов.
Эрколандо и Грасси использовали компьютерную модель для воссоздания тепловой структуры атмосферы спутника экзопланеты, имеющего примерно такой же размер, что и Земля. Полученные результаты показали, что количество воды на поверхности такого спутника будет примерно в 10 000 раз меньше, чем общий объем всех земных океанов, но при этом в 100 раз больше, в сравнении с количеством водяного пара, обнаруживаемого в атмосфере Земли. Этого должно хватить для зарождения и развития жизни, отметили авторы.
Поскольку свободнолетящие планеты лишены родительской звезды, то энергия, необходимая для протекания химических реакций на их поверхностях – а также на поверхностях их спутников – должна иметь иной источник. Согласно авторам статьи, таким источником энергии могут стать космические лучи, под действием которых молекулярный водород и диоксид углерода могут превращаться в другие химические продукты. Кроме того, дополнительным источником тепла могут стать приливные деформации, возникающие в недрах спутника при гравитационном воздействии на него со стороны родительской планеты, отмечают они.
Исследование опубликовано в журнале International Journal of Astrobiology.
Дорогие друзья! Желаете всегда быть в курсе последних событий во Вселенной? Подпишитесь на рассылку оповещений о новых статьях, нажав на кнопку с колокольчиком в правом нижнем углу экрана ➤ ➤ ➤
Источник
10 заблуждений о космосе, в которые стыдно верить
Эти мифы заботливо культивируются голливудскими фильмами и низкопробными фантастическими романами
Во многих фильмах можно увидеть такую картину: человек оказывается в открытом космосе без скафандра (либо с повреждённым скафандром) и быстро замерзает, превращаясь в хрупкую ледяную статую, трескающуюся от любого воздействия.
Что на самом деле. У космоса нет температуры. Он не холодный и не горячий — никакой Human Exposure to Vacuum : в вакууме нет конвекции и теплопроводности. Вообще, вакуум — хороший термоизолятор. Так что у астронавтов больше проблем с перегревом Staying Cool on the ISS , чем с переохлаждением.
И если вы окажетесь в космосе без скафандра в тени планеты, то, скорее всего, испытаете лёгкую прохладу из‑за испарения воды с поверхности кожи. Но до твёрдого состояния точно не заморозитесь.
z_k У астронавтов может быть проблема с перегревом, если они в скафандре и заняты физическим трудом, а это в среднем 300 Вт избыточной (та, что не в покое) энергии. Совсем другое дело открытые кожные покровы и вакуум с температурой -270 градусов. Вода будет переходить в пар мгновенно. Вряд ли это будет ощущением легкой прохлады.
2. Люди могут лопнуть в космосе
Бытует мнение, что в вакууме или в атмосфере с низким давлением, например на Марсе, человек может взорваться, как воздушный шарик. Глаза вылезут из орбит, сосуды полопаются, и незадачливый астронавт превратится в кровавое месиво.
Что на самом деле. Давление в вакууме отсутствует, и это может привести к тому, что ваши лёгкие лопнут The human body in space: distinguishing fact from fiction , если вы не выдохнете, прежде чем выпрыгнуть из корабля. В крови начнут появляться газовые пузырьки (это называется эбуллизм Ebullism at 1 million feet: ), на теле образуются отёки. Но кожа человека слишком упругая, и она не позволит вам взорваться.
Эксперименты Some cardiovascular responses in anesthetized dogs during repeated decompressions to a near‑vacuum на собаках показали, что в вакууме можно без последствий находиться до полутора минут, и после этого организм быстро восстановится. А вот более длительное пребывание летально из‑за гипоксии, то есть нехватки кислорода.
z_k Здесь все очень просто, проще некуда. Абсолютный вакуум — это всего лишь минус 1 атмосфера. Т.е. внутри тела 1 атмосфера, а за его пределами — вакуум. И все. А вот избыточное давление может быть огромным. Таким, какими технологиями мы на даннный момент обладаем. Водород, например, при 600 МПа — это уже жидкость. Т.е. это происходит при при давлении 6000 атмосфер. С твердыми телами могут быть достигуты и бОльшие значения.
3. У Луны есть тёмная сторона
Когда люди говорят «тёмная сторона Луны », то представляют себе мрачное место, куда никогда не падает солнечный свет. Наверное, именно поэтому там строят свои базы нацисты и десептиконы.
Что на самом деле. Все стороны Луны освещаются What Is the Dark Side of the Moon? Солнцем, и на ней есть день и ночь — правда, длятся они по две недели. Тем не менее у спутника Земли есть обратная сторона. Но из‑за того, что период вращения вокруг нашей планеты и вокруг собственной оси у Луны схожи, с Земли видно только одно её полушарие. А первые снимки другого были сделаны советской АМС «Луна‑3» ещё в 1959 году. И ничего особо таинственного там нет.
z_k Думаю, что немногие акцентировали на этом свое внимание. И мало, кто задумывался, почему «The Dark Side of the Moon»?
4. Чёрные дыры выглядят как воронки
Из‑за фильмов и картинок в интернете многие люди полагают, что чёрные дыры выглядят как вихрь, засасывающий всё вокруг себя. Или как воронка в раковине, куда стекает вода.
Что на самом деле. Впервые чёрную дыру показали реалистично в фильме «Интерстеллар», основываясь на теоретических моделях физика Кипа Торна. Уже позже NASA сделало первый её снимок с помощью системы из восьми радиотелескопов Event Horizon Telescope. В реальности чёрная дыра выглядит не как воронка, а как тёмная сфера, окружённая аккреционным диском из падающего на неё газа.
5. Солнце жёлтое
Если вы попросите кого‑нибудь нарисовать наше светило, то начинающий художник непременно возьмёт жёлтый карандаш. Взгляните на Солнце, и убедитесь, что оно имеет такой оттенок.
Что на самом деле. Желтоватым Солнце делает наша атмосфера. И если взглянуть на снимки из космоса, становится понятно, что его цвет — белый Color of Stars . Но мы так привыкли считать Солнце жёлтым, что даже учёные классифицируют похожие на него звёзды как «жёлтые карлики» просто для удобства.
z_k Здесь все понятно. Всем хоть раз приходилось покупать лампы освещения. Если они 2700 градусов (цветовая температура), то они желтого свечения, если
5000 градусов и выше , то — от белого до голубого. Зная, что температура поверхности Солнца составляет
6000 градусов, нетрудно догадаться о цвете нашего светила в космосе. Все остальные цветовые эффекты связаны с состоянием атмосферы Земли.
6. Первой в космос полетела собака Лайка
Кто первым полетел в космос? Конечно, Юрий Гагарин. А из братьев наших меньших? Собака по имени Лайка, это всем известно. Она была обычной дворнягой из приюта, отправившейся первой покорять космос.
Что на самом деле. Лайка действительно первой оказалась на орбите Земли. Но в космосе бывали живые существа и до неё. В феврале 1947 года американцы с помощью трофейной немецкой ракеты «Фау‑2» отправили в суборбитальный полёт несколько плодовых мушек (дрозофил), чтобы изучить на них воздействие космической радиации. Они долетели до высоты в 109 км, а границей космоса считается отметка в 80 км. Так что первыми его увидели мухи.
z_k Вопрос далеко не философский. Чего проще напихать в банку мух. И, не то же самое, отправить на орбиту собаку. Это две большие разницы.
7. NASA потратило миллиарды на пишущую в космосе ручку
Простыми ручками в космосе пользоваться нельзя, потому что чернила в стержне там не могут стекать вниз. И, согласно одной городской легенде NASA’s ‘Astronaut Pen’ , чтобы астронавты всё-таки смогли вести записи, NASA потратило 12 миллиардов долларов на изобретение специальной ручки. Она способна писать вверх ногами на любой поверхности при температуре от 0 до 300 °С. Советские же космонавты просто пользовались карандашами. Вот она, русская смекалка.
Что на самом деле. Поначалу и американцы, и русские пользовались в космосе карандашами, но это приводило к ряду проблем: частицы графита отслаивались и попадали в воздушные фильтры космических кораблей. А специальную ручку изобрёл Пол Фишер из Fisher Pen Company, и сделал он это независимо от NASA. Мужчина продал ведомству 400 штук по 2,95 доллара за каждую.
Наши космонавты тоже пользовались такими ручками. В своё время их закупали для работы на станции «Мир». Кстати, если хотите, можете тоже приобрести себе космическую ручку.
8. Через пояс астероидов трудно пролететь
Помните, как в «Звёздных войнах» Хан Соло мастерски пилотировал свой «Тысячелетний сокол», чтобы пробраться через пояс астероидов? Он умудрился обогнуть множество этих космических тел, да ещё и от погони имперских истребителей оторвался, хотя ежесекундно рисковал врезаться в парящие повсюду каменные глыбы.
Что на самом деле. В нашей Солнечной системе тоже есть свой пояс астероидов между орбитами Марса и Юпитера. Астрономы не уверены, сколько там каменных глыб, и называют приблизительное число в 10 миллионов. Но вы, даже не будучи крутым пилотом вроде Соло, легко пролетите сквозь них. Потому что среднее расстояние между астероидами в поясе — полтора миллиона километров. Это примерно в четыре раза больше, чем расстояние между Землёй и Луной.
Поэтому, чтобы в реальности врезаться в астероид, понадобится немалое старание и тщательные орбитальные манёвры. Вероятность не то что столкновения, но и просто незапланированного сближения космического корабля с каменной глыбой составляет New Horizons Crosses The Asteroid Belt менее чем один к миллиарду.
z_k Здесь все просто, важно только представлять массштабы космоса. Примерно та же ситуация в кольцах Сатурна.
9. Космические корабли летают по прямой
В фильмах космические аппараты легко перемещаются из одного места в другое, просто развернувшись прямо к цели и включив двигатели. Точно так же, как автомобили или корабли на Земле. А если космолёту надо сесть на планету, он просто устремляется в её атмосферу на полной скорости.
Что на самом деле. В реальности Ценный дар небесной механики космические аппараты двигаются от одной орбиты к другой по дугообразной гомановской траектории. И у них при этом отключены двигатели. Они включаются два раза, для разгона в начале и для торможения в конце, остальной путь корабль проделывает по инерции.
Если хотите самостоятельно поуправлять шаттлом и вживую увидеть движение по гомановской траектории, попробуйте поиграть в космический симулятор Kerbal Space Program. Он даёт наглядное представление об основах орбитальной механики.
Да, и ещё: корабли, собирающиеся приземлиться, сходят с орбиты, развернувшись двигателями по ходу движения, чтобы затормозить. В голливудских блокбастерах вроде «Прометея» такого не покажут, чтобы у зрителя не возникло вопроса, почему челноки летают задом наперёд.
z_k Здесь все сложно. И обычный человек вряд ли в состоянии представить себе, что лететь нужно не на планету, а в точку, где она появится в нужное время. Еще сложнее представить себе планетарную пращу, чтобы понять, как можно ускориться, не прикладывая к этому никаких усилий.
10. Летом тепло, потому что Земля ближе к Солнцу
Смена времён года вызвана меняющимся расстоянием от Земли до Солнца. Логично, правда? К сожалению, иногда так думают не только маленькие дети, но и вполне взрослые люди.
Что на самом деле. Орбита Земли не совсем круглая — она эллиптическая. Наша планета достигает перигелия (точки на орбите, ближайшей к Солнцу) в январе и афелия (самой дальней точки от Солнца) примерно через шесть месяцев. Если бы от этого зависела погода, у нас было бы лето в январе и зима в июле.
Сезоны меняются What causes the seasons? из‑за наклона оси вращения Земли относительно её орбитальной плоскости (эклиптики). Движение по орбите действительно вызывает температурные колебания в пределах 5 °С, но этого недостаточно, чтобы устроить смену времён года.
z_k Человек, знающий, что такое апогелий и перигелий может быть сбит с толку. Диссонанс возникает лишь тогда, когда мы понимаем, что времена года в южном и северном полушарии не зависят от удаленности Земли от нашего Светила. Но, вспомнив, что угол наклона оси вращения нашей планеты от оси эклиптики равен 23 градусам, мы все расставляем по местам.
Источник