Вопросы о температуре чего-либо в космосе часто очень трудно определить ( пример ), поскольку существует перенос излучения во многие разные области поля зрения и из них при совершенно разных температурах, что приводит к различным ответам в зависимости от положения объекта и радиационные свойства. Я хочу спросить о самом простом случае объекта на низкой околоземной орбите (НОО), который я могу придумать.
Давайте проигнорируем тот факт, что объект на орбите ночной стороны Земли в конечном итоге переместится на солнечную сторону. Допустим, есть черное тело на орбитальной высоте над Землей на стороне, противоположной Солнцу. Отсутствие внутреннего тепловыделения. Полностью стабильное состояние. Какой должна быть температура объекта?
Некоторые начальные размышления:
Для простоты сделаем его тарелкой. С этого момента я не знаю, куда именно идти. Земля занимает ровную телесный угол поля зрения. Мы знаем Земли и космоса, но нужна ли нам дополнительная информация? Ответ, вероятно, будет зависеть от коэффициента излучения Земли.
В качестве альтернативы, может быть, мы найдем от Земли и считать, что все уходящее излучение со спутника теряется. Этот последний аргумент, безусловно, верен, но он является источником моего замешательства.
Почему я спрашиваю, мое замешательство (не нужно отвечать на вопрос):
Что означает , что парниковый эффект изолирует землю от излучения? Имеем поверхность при заданном , то блокируется часть уходящего теплового излучения. Что это значит? Исходящее излучение, то из более холодных верхних слоев атмосферы? Это так снижает тепловое излучение? Или тепловое излучение такое же среднее , но с меньшей интенсивностью? Это последнее объяснение, казалось бы, нарушает 2-й закон. Если мы рассмотрим тарелку над ночной стороной Земли, а дальняя сторона тарелки идеально изолирована от остального космоса ... Земли (будь то поверхность или верхние слои атмосферы , то и другое возможно). Или я неправильно истолковал закон? Это обычное противоречие, с которым я сталкиваюсь, размышляя об радиационном теплообмене, и любое правильное решение этой проблемы должно его прояснить.
Концепция коэффициента излучения имеет смысл для меня. Но это разрешено только потому, что поверхность также будет пропорционально отражать больше света. Таким образом, соседний объект поглощает меньше света от него, но тогда он будет поглощать больше собственного отражения, что снова приводит к тепловому равновесию с двумя объектами одновременно. . Но этот подход не работает для Земли. Что касается спутника, то любое излучение, которое он излучает, исчезло, потому что Земля очень большая. Не приведет ли изоляция за счет парникового эффекта к большей связи между спутником и космическим вакуумом? Вы можете представить себе Земли и температуры космоса, а объект находится между ними. Верен ли тогда вывод, что температура объекта ближе к температуре космоса?
Земля получает определенное количество излучения от Солнца, а также выделяет определенное количество тепла за счет радиоактивности в ядре. Он должен излучать это количество энергии, потому что в противном случае он будет нагреваться до тех пор, пока тепловое излучение не совпадет со скоростью ввода энергии. Именно этот тепловой поток вы бы использовали при расчете того, насколько ваша тарелка была нагрета Землей. Суммы кажутся достаточно простыми, и я уверен, что Google сможет получить значения тепла, полученного от Солнца и генерируемого внутри.
Зная поток тепла от Земли, вы можете рассчитать температуру, используя закон Стефана Больцмана. Эта температура не соответствовала бы температуре поверхности Земли, но тогда почему? Как вы говорите, между поверхностью и пространством находится слой изолирующего газа. Температура Стефана Больцмана была бы чем-то средним для различных частей Земли, из которых поступает излучение. Увеличение CO или другие парниковые газы изменят температурные профили между поверхностью и космосом, но не общее количество излучаемой энергии.
Вы можете определить коэффициент излучения для Земли, но я не уверен, насколько это полезно. Если вы сравните температуру на поверхности с температурой Стефана Больцмана, вы получите коэффициент излучения меньше единицы, но тогда это не особенно полезное сравнение.
Я постараюсь сделать основные расчеты как можно проще. Можно найти интенсивность уходящего излучения от Земли:
http://en.wikipedia.org/wiki/Файл:AIRS_OLR.png
Кажется, это порядок , хотя он резко меняется в зависимости от того, о каком конкретном месте вы говорите.
Аргумент, что альбедо Земли функционально равно нулю, кажется довольно сильным. Это имело бы значение, но только в том случае, если бы объект был такого же размера, как Земля. Чтобы выполнить расчеты, начните с закона Стивена-Больцмана:
Пластинка имеет две стороны, поэтому . Конечно, . Как только мы учли поступление тепла от исходящего длинноволнового излучения Земли, нам не нужно рассматривать никакой другой источник тепла, и все излучение, испускаемое объектом, теряется. Таким образом, другая температура, с которой он обменивается, - это самого пространства. Мы назовем это достаточно близким к нулю, чтобы завершить приведенное выше уравнение.
При этом я получаю , что похоже на цифра, которую я слышал в других местах.
Qмеханик