Что произойдет, если кубик льда останется в космосе?

Недавно я сел в самолет и заметил температуру наружного воздуха -53°C на высоте 36860 футов (11,23 км). Я не знаю, что вызывает такую ​​отрицательную температуру на этой высоте, но мне было интересно, что на больших высотах (в космосе) могут быть даже отрицательные температуры. Тут у меня возникло сомнение, а что будет, если оставить в космосе кубик льда? Будет ли он таять или останется как есть?

Ответы (3)

Это зависит от того, где вы находитесь в космическом пространстве.

Если вы просто поместите его на орбиту вокруг Земли, он сублимируется: средняя температура поверхности чего-либо на расстоянии Земли от Солнца составляет около 220 К, что находится в твердом состоянии в паровой фазе для воды в вакууме, а твердое пар переход при этой температуре не проходит через жидкую фазу. С другой стороны, если вы поместите свой кубик льда в облако Оорта, он будет расти: средняя температура поверхности составляет 40 К или ниже, в твердой фазе, поэтому он поднимется (или будет подхвачен) газа и других объектов в космосе.

Комета является грубым приближением к кубику льда. Если вы думаете о том, что происходит с кометой в разных местах, это примерно то, что произойдет с вашим кубиком льда.

@Mark Вы сказали, что на расстоянии Земли от Солнца что-то около 220k, что составляет -53,15 ° C. Как вода может находиться в паровой фазе при такой температуре замерзания?
@PraveenKadambari Потому что нет атмосферного давления. См . фазовую диаграмму воды в Википедии : фаза зависит как от температуры, так и от давления, а по мере падения давления падает и точка замерзания. В ненаучных терминах вы можете думать об этом так, как будто нет воздуха, который помог бы удерживать лед вместе, поэтому для этого требуется больше холода.
Я не думаю, что в облаке Оорта есть много газа и других объектов, которые оно может собрать (хотя у нас, вероятно, нет хорошей оценки его плотности).
Что, если бы ледяной куб был затенен от Солнца и прижат к металлической стенке космического корабля, такого как орбитальная обсерватория Gaia?
@steveOw, затенение не имеет значения в долгосрочной перспективе: тень достигнет теплового равновесия с Солнцем и, в свою очередь, нагреет кубик льда. Космический корабль делает вещи слишком сложными для понимания, потому что он активно контролирует температуру окружающей среды.
У Gaia постоянная проблема с неожиданным обледенением в течение года после запуска, и предположительно любые преднамеренные действия космического корабля будут направлены на повышение температуры в пострадавшем районе. Предположительно, «долгий срок» для уравновешивания в этом случае составляет более нескольких месяцев?
@steveOw, Gaia имеет активное управление температурой (как нагрев, так и охлаждение) и не находится в равновесии с окружающей средой. «Долгий путь» к уравновешиванию еще даже не начался.
@Марк, мне нужно какое-то образование. При 15 PSI, 270K лед находится в твердой фазе, т.е. это кубик льда в вашем морозильнике. Однако со временем кубики льда в морозильной камере становятся меньше, предположительно из-за сублимации. Какие изменения происходят при переходе от твердого состояния при 15 PSI 270K к твердому состоянию в вакууме (или близком к нему) и 40K?
@dgnuff, в морозильной камере кубик льда сублимируется, а водяной пар повторно замерзает на других поверхностях морозильной камеры (отсюда и необходимость периодически его размораживать). В космосе единственная доступная поверхность для повторного замораживания — это кубик льда (и при 40К сублимация происходит намного медленнее, чем при 270К).
Необходимо учитывать, насколько прозрачен лед (т. е. насколько низко альбедо), чтобы узнать, какова температура.

Это сублимирует. Замерзшая масса воды будет уменьшаться в размерах по мере того, как вода переходит из твердого состояния в газообразное (не становясь жидкостью) и дрейфует.

Если бы вы не были в костюме, вы бы тоже не выжили.
Почему кубик льда сублимирует?
@NicolasBarbulesco В космосе очень мало газа, окружающего ледяной куб. Если температура льда выше 40 К, как указывалось выше, во льду достаточно тепла, чтобы некоторые молекулы покинули кусок льда и превратились в газ.

В космическом вакууме наиболее важным соображением является рассмотрение того, сколько излучения кубик льда может поглотить, например, от ближайших звезд и как быстро сам кубик льда будет излучать энергию (используя закон Вина ) . установить равновесие (температура, при которой кубик льда излучает энергию с той же скоростью, с которой он поглощает энергию), а затем определить, выше или ниже температура плавления кубика льда. Если она выше точки плавления (воды в вакууме), то, как сказано в других ответах, кубик льда сублимирует; если она ниже точки плавления, то кубик льда останется замороженным.

В частности, для ледяного куба, который представляет собой куб на орбите вокруг Солнца с одной стороной, обращенной к солнцу, вам нужно будет рассчитать, сколько энергии сторона, обращенная к солнцу, поглощает от солнца, а также сколько энергии излучается со всех шести сторон. куб, а затем найти равновесную температуру.

Что произойдет, если кубик льда останется в космосе?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v