Вода в космосе
Новые наблюдения избранных областей нашей Галактики показали, что содержание воды выше, чем ожидали. Из новых измерений следует, что вода находится на третьем месте по распространённости среди всех молекул и даёт астрономам возможность исследовать содержание элементов в областях, где образуются новые планетарные системы.
С помощью Инфракрасной Космической Обсерватории (European Space Agency) испанские и итальянские астрономы впервые измерили содержание воды в холодных областях нашей Галактики. Особенно интересно то, что в этих областях образуются звёзды типа Солнца, а около некоторых из них могут образоваться планеты. Средняя температура в этих холодных областях минус 263 градуса по Цельсию (всего лишь на 10° выше абсолютного нуля). Эти области называются "спокойными" или "холодными" облаками, так как в них не образуются массивные звёзды, а значит и нет сильного внутреннего источника тепла. Таких облаков в нашей Галактике около миллиона.
Учёные также определили, сколько воды находится в газовой фазе, а сколько - в виде льда. Это важно для изучения процесса образования планетарных систем, так как пары воды и лёд есть в газовых планетах, в планетарных атмосферах и в твёрдых телах типа комет. Результаты раблты будут опубликованы в одном из ближайших выпусков журнала Astrophysical Journal Letters.
При температурах, характерных для холодных облаков, трудно обнаружить пары воды, так как они излучают слишком слабо, стобы быть обнаруженными современными телескопами. С другой стороны, вода в жидкой форме не существует в космосе из-за слишком неподходящих условий по температуре и давлению. Таким образом, до недавнего времени в холодных облаках был обнаружен только лёд. Но астрономы знают, что пары воды также должны быть в холодных облаках, даже если и в малом количестве. Чтобы оценить полное содержание воды в холодных облаках и относительное содержание по сравнению с другими молекулами, необходимы измерения паров воды.
"Можно ожидать, что в холодных областях вода должна быть в виде льда, так как водяные пары конденсируются на холодных пылинках," - объясняет итальянский астроном Andrea Moneti. В тёплых областях, наоборот, звезда нагревает окружающую среду и лёд испаряется с пылинок. Таким образом, правило такое: чем холоднее облако, тем меньше в нём паров воды."
Чтобы исследоать пары воды в холодных облаках, группа учёных применила следующую стратегию. Известно, что если свет от удалённого объекта проходит через пары воды на своём пути к Земле, то пары воды оставят свой "отпечаток" на этом свете, а именно, в спектре пришедшего излучения появятся линии или полосы поглощения. Таким образом учёные и обнаружили пары воды в холодных облаках, что дало возможность определить полное содержание воды (пары + лёд).
Оказалось, что в холодных облаках так же много воды (пары + лёд), как и в областях активного звездообразования. А самый главный результат заключается в том, что после молекулярного водорода и окиси углерода, вода - самая распространённая молекула. Например, в одном из холодных облаков с массой в тысячу масс Солнца, количество воды (пары + лёд) эквивалентно сотне масс Юпитера.
Учёные также нашли, что в холодных облаках 99 процентов воды представляет собой лёд, сконденсировавшийся на холодных пылинках, и только 1 процент - в газовой форме. Эти результаты помогут понять роль воды в образовании планет и комет.
Что случится с водой в космосе? January 2nd, 2017
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.
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.
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.
источники
". Вероятно, потому, что основные разновидности воды на Земле мы уже рассмотрели. Но вот в других местах… О чём и поговорим сегодня: в гостях у нас космическая вода . Мы на неё, образно говоря, посмотрим и приценимся.
Космическая вода — это вода, которая есть в космосе. Итак, вода встречается не только на земле, но и в космосе. И, как оказывается, в больших количествах. Как это ни парадоксально звучит.
Посмотрим внимательнее. Где только не найти воду:
- ледяные шапки на полюсах Марса,
- полностью покрытые льдом спутники Юпитера, Сатурна и других планет,
- ледяные кольца вокруг Сатурна,
- пары воды в атмосфере Венеры,
- гигантские межгалактические облака-туманности, состоящие из льда и пара…
Кометы так же большей частью состоят из воды. А хвост комет — испаряющаяся вода и ряд других веществ под воздействием солнечного ветра. Эта информация в принципе известна из школьного курса физики. И, скорее всего, вы её знали, но забыли. Но подумайте: "А откуда вода попадает в кометы ? Как они вообще образуются?" Ведь кометы состоят не только из воды, а, как оказалось после полёта зонда Stardust к комете Вильда 2, из сложного композита скальных пород и льда.
Интересно, что Аристотель - могучий в своё время авторитет среди научного мира, задумываясь о природе комет, выдвинул гипотезу, что кометы имеют земное происхождение. Что они порождаются в атмосфере Земли и «висят» на сравнительно небольшой высоте, медленно проплывая по небу. Удивительно, что точка зрения Аристотеля господствовала около двух тысячелетий, и никакие попытки поколебать ее не давали положительного результата. Хотя некоторые ученые склонны были думать, что кометы все-таки приходят из каких-то далеких, неведомых нам глубин космического пространства. Только в конце XVI века идея Аристотеля была опровергнута.
Так же интересно, хоть и не по сути статьи, слово "Комета" произошло от греческого слова "волосатый". Как здесь не вспомнить Комет, который и микробы убивает 🙂
Есть предположение, что кометные ядра образовались в одно время со всей Солнечной системой и поэтому могут являть собой образцы того первичного вещества, из которого впоследствии образовались планеты и их спутники. В те времена на месте Земли и других планет были громадные скопления звёздной пыли, в том числе и паров-кристаллов воды. А уже из них и образовались ядра комет.
Но существуют и вулканические гипотезы происхождения ледяного ядра комет. И то, что они не безосновательны, показала исследовательская миссия спутника-зонда Кассини. Так, этим аппаратом при исследовании спутника Энцелад планеты Сатурн был зафиксирован гигантский фонтан пара и льда, который вырывается из глубин спутника на сотни километров . Интенсивность выброса воды — порядка 500 тонн в секунду. Выброшенный лёд формирует одно из колец Сатурна.
Активные струи с поверхности Энцелада формируют светлый расширяющийся выброс, который стал виден благодаря рассеиванию солнечного света среди мироскопических частиц льда. Ледяной выброс отчетливо заметен тогда, когда Солнце расположено за Энцеладом. Видимая поверхность освещена отраженным от Сатурна светом. Обзор получен в видимом спектре узкоугольной камерой 17 сентября 2008, Кассини в этот момент пролетал на расстоянии в 235 000 км от Энцелада:
Как оказалось, под поверхностью Энцелада существуют океаны воды в жидком состоянии (как полагают учёные, при температуре порядка 0 градусов Цельсия). И они выливаются в космос гигантскими гейзерами. Тщательно проанализировав все данные, собранные кораблем "Кассини" на спутнике Сатурна Энцеладе, исследователи пришли к выводу, что вода в подземном океане планеты на самом деле соленая . Это значит, что вероятность обнаружить жизнь на загадочной планете увеличилась.
Энцелад на следующем снимке показан напротив вечерней стороны Сатурна. Длинная выдержка при съемке отчетливо показала фонтаны южного полушария луны. (4 мая 2006, 2.1 млн. км от Энцелада).
Ранее исследователи считали, что содержание соли в инопланетной воде достаточно низкое. Однако, при более тщательном изучении капель инопланетной воды, выяснилось, что ее состав очень близок к составу океанической воды Земли. Эти большие запасы соленой воды находятся на глубине 80 км под поверхностью Энцелада. Как предполагают исследователи, вода с ледяного спутника поддерживается в жидком состоянии засчет магнитного напряжения, исходящего от Сатурна, а также высокой температуры ядра планеты. В таких относительно благоприятных условиях вполне могут существовать простейшие формы жизни.
Крошечные частицы льда, рассеянные в пространстве, легче всего увидеть в направлении на Солнце. Горы и долины видны по краю силуэта спутника:
Возможно, кометы образуются и из подобных инопланетных природных аномалий. И в этом случае они несут информацию не только о глубинах космоса, но и о возможной жизни на других планетах.
Итак, космическая вода не только бывает — но и попадает иногда на Землю.
И кто знает, что она с собой приносит?..
Космическая вода представляет огромный интерес для учёных. На нашей планете, вода - это главный источник жизни. Именно поэтому научное сообщество надеется найти с её помощью инопланетные цивилизации, еще глубже проникнуть в тайну сотворения вселенной.
Где найти воду в космосе?
Как оказалось, воды в космическом пространстве очень много. Ещё со школы мы знаем, про ледяные кольца Сатурна, замерзшие глыбы Нептуна и Урана. За последнее время учёные нашли воду в том или ином состоянии фактически на всех планетах солнечной системы, а так же на огромном количестве спутников, включая Луну. Но и это не всё. Астрономы умудрились найти запасы воды даже за пределами галактики и в окрестностях чёрных дыр. Получается, что вода во Вселенной присутствует буквально везде, даже в межзвёздных облаках. При этом до сих пор считается, что сразу во всех трёх агрегатных состояниях она существует только планете Земля.
Откуда появилась вода в космосе?
Естественно из космоса сделать невозможно, остаётся лишь предполагать откуда она взялась.
Самыми популярными разносчиками воды по Вселенной считаются кометы. Удивительно, но их хвост - это ничто иное, как испарение льда с её поверхности под воздействием солнечного ветра. Такие ледяные кусочки - одна из гипотез возникновения воды на Земле. Учёные так же считают, что ядра этих комет образовались в одно время с солнечной системой. Поэтому они могут быть образцами первичного вещества, из которого образовались планеты и спутники.
Существует и вулканическая гипотеза возникновения воды по всему космосу. Учёные выяснили, что на планетах-гигантах, таких как Сатурн испарения от огромного количества действующих вулканов поднимается намного выше, чем на Земле. Так высоко вода попросту замерзает и уносится в своё космическое путешествие.
Не так давно учёные с помощью инструмента Гершеля обнаружили, что ультрафиолетовое излучение от окружающих звезд может провоцировать распад молекул, таких как окись углерода и кремния, освобождая атомы кислорода. Они в свою очередь объединяются с молекулами водорода, образуя воду.
Однако, каким бы ни был источник возникновения воды как вещества в космических просторах, ясно одно: вода присутствует везде и во всём. Она объединяет всё живое и неживое не только на нашей планете, но и во всей Вселенной.
Возможно, один из самых старых и распространенных мифов о космосе звучит так: в безвоздушном пространстве космоса любой человек взорвется без специального скафандра. Логика в том, что поскольку там нет никакого давления, мы бы раздулись и лопнули, как воздушный шарик, который надули слишком сильно. Возможно, вас удивит, но люди куда более прочные, чем воздушные шарики. Мы не лопаемся, когда нам делают укол, не лопнем и в космосе - наши тела не по зубам вакууму. Раздуемся немного, это факт. Но наши кости, кожа и другие органы достаточно устойчивы, чтобы пережить это, если кто-то не будет активно их разрывать. На самом деле, некоторые люди уже переживали условия чрезвычайно низкого давления, работая в ходе космических миссий. В 1966 году один человек тестировал скафандр и внезапно подвергся декомпрессии на 36 500 метров. Он потерял сознание, но не взорвался. Даже выжил и полностью восстановился.
Люди замерзают
Это заблуждение часто используется . Кто из вас не видел, как кто-то оказывается за бортом космического корабля без костюма? Он быстро замерзает, и если его не вернуть обратно, превращается в сосульку и уплывает прочь. В реальности происходит прямо противоположное. Вы не замерзнете, если попадете в космос, вы, наоборот, перегреетесь. Вода над источником тепла будет нагреваться, подниматься, остывать и опять по новой. Но в космосе нет ничего, что могло бы принять тепло воды, а значит остывание до температуры замерзания невозможно. Ваше тело будет работать, производя тепло. Правда, к тому времени, когда вам станет нестерпимо жарко, вы уже будете мертвы.
Кровь кипит
Этот миф не имеет ничего общего с тем, что ваше тело перегреется, если вы окажетесь в безвоздушном пространстве. Вместо этого он напрямую связан с тем, что любая жидкость имеет прямую связь с давлением окружающей среды. Чем выше давление, тем выше точка кипения, и наоборот. Потому что жидкости легче перейти в форму газа. Люди с логикой могут догадаться, что в космосе, где нет давления вообще, жидкость будет кипеть, а кровь - тоже жидкость. Линия Армстронга проходит там, где атмосферное давление настолько низкое, что жидкость будет кипеть при комнатной температуре. Проблема в том, что если жидкость будет кипеть в космосе, кровь - нет. Кипеть будут другие жидкости вроде слюны во рту. Тот человек, которого декомпрессировало на 36 500 метрах, говорил, что слюна «сварила» его язык. Кипение такое будет больше похоже на высушивание феном. Однако кровь, в отличие от слюны, находится в закрытой системе, и ваши вены будут удерживать ее под давлением в жидком состоянии. Даже если вы будете в полном вакууме, тот факт, что кровь замкнута в системе, означает, что она не превратится в газ и не улетучится восвояси.
Солнце - это то, с чего начинается изучение космоса. Это большой огненный шар, вокруг которого обращаются все планеты, который находится достаточно далеко, но греет нас и при этом не сжигает. Учитывая то, что мы не могли бы существовать без солнечного света и тепла, можно считать удивительным большое заблуждение о Солнце: что оно горит. Если вы когда-нибудь обжигали себя пламенем, поздравляем, на вас попало больше огня, чем могло дать вам Солнце. В реальности Солнце - это большой шар газа, который испускает свет и тепловую энергию в процессе ядерного синтеза, когда два атома водорода образуют атом гелия. Солнце дает свет и тепло, но обычного огня не дает вообще. Это просто большой и теплый свет.
Черные дыры - это воронки
Есть еще одно распространенное заблуждение, которое можно списать на изображение черных дыр в кино и мультфильмах. Разумеется, «невидимы» по своей сути, но для аудитории вроде нас с вами их рисуют похожими на зловещие водовороты судьбы. Их изображают двухмерными воронками с выходом только на одной стороне. В реальности черная дыра - это сфера. У нее нет одной стороны, которая засосет вас, скорее она похожа на планету с гигантской гравитацией. Если вы подойдете к ней слишком близко с любой стороны, вот тогда вас поглотит.
Повторный вход в атмосферу
Все мы видели, как космические корабли совершают повторный вход в атмосферу Земли (так называемый re-entering). Это серьезное испытание для судна; как правило, его поверхность сильно разогревается. Многие из нас думают, что это из-за трения между кораблем и атмосферой, и в этом объяснении есть смысл: как бы корабль был окружен ничем, и вдруг начинает тереться об атмосферу с гигантской скоростью. Разумеется, все будет раскаляться. Что ж, правда в том, что трению отводится менее процента тепла во время повторного входа. Основная причина нагрева - компрессия, или сжатие. Когда корабль несется обратно к Земле, воздух, через который он проходит, сжимается и окружает корабль. Это называется головной ударной волной. Воздух, который сталкивается с головой корабля, толкает его. Скорость происходящего приводит к тому, что воздух нагревается, не имея времени на декомпрессию или охлаждение. Хотя часть тепла абсорбируется тепловым щитом, красивые картинки повторного входа в атмосферу создает именно воздух вокруг аппарата.
Хвосты комет
Представьте на секунду комету. Скорее всего, вы представите кусок льда, несущийся сквозь космическое пространство с хвостом из света или огня позади. Возможно, для вас будет сюрпризом, что направление хвоста кометы не имеет ничего общего с направлением, в котором движется комета. Дело в том, что хвост кометы не является результатом трения или разрушения тела. Солнечный ветер нагревает комету и приводит к таянию льда, поэтому частицы льда и песка летят в противоположном ветру направлении. Поэтому хвост кометы не обязательно будет тянуться за ней шлейфом, однако всегда будет направлен в сторону от солнца.
После понижения Плутона по службе, Меркурий стал самой маленькой планетой. Также это ближайшая к Солнцу планета, поэтому вполне естественно было бы предположить, что это самая горячая планета нашей системы. Короче, Меркурий - чертовски холодная планета. Во-первых, в самой горячей точке Меркурия температура составляет 427 градусов по Цельсию. Даже если бы на всей планете сохранялась такая температура, все равно Меркурий был бы холоднее Венеры (460 градусов). Причина того, что Венера, которая почти на 50 миллионов километров дальше от Солнца, чем Меркурий, теплее, кроется в атмосфере из углекислого газа. Меркурий похвастать не может ничем.
Другая причина связана с его орбитой и вращением. Полный оборот вокруг Солнца Меркурий совершает за 88 земных дней, а полный оборот вокруг своей оси - на 58 земных дней. Ночь на планете длится 58 дней, что дает достаточно времени, чтобы температура упала до -173 градусов по Цельсию.
Зонды
Все знают, что марсоход «Кьюриосити» в данный момент занимается важной исследовательской работой на Марсе. Но люди забыли о многих других зондах, которые мы рассылали на протяжении многих лет. Марсоход «Оппортьюнити» приземлился на Марсе в 2003 году с целью провести миссию в течение 90 дней. Спустя 10 лет он все еще работает. Многие люди думают, что мы никогда не отправляли зонды на планеты кроме Марса. Да, мы отправили множество спутников на орбиту, но посадить что-то на другую планету? Между 1970 и 1984 годами СССР успешно посадил восемь зондов на поверхности Венеры. Правда, все они сгорели, благодаря недружелюбной атмосфере планеты. Самый стойкий венероход прожил около двух часов, гораздо дольше, чем ожидалось.
Если мы отправимся чуть дальше в космос, мы достигнем Юпитера. Для роверов Юпитер - это еще более сложная цель, чем Марс или Венера, поскольку состоит почти целиком из газа, на котором ездить нельзя. Но это не остановило ученых и они отправили туда зонд. В 1989 году космический аппарат «Галилео» отправился изучать Юпитер и его спутники, чем и прозанимался следующие 14 лет. Он также сбросил зонд на Юпитер, а тот отправил информацию о составе планеты. Хотя на пути к Юпитеру находится и другой корабль, та, самая первая информация, имеет неоценимое значение, поскольку на тот момент зонд «Галилео» был единственным зондом, погрузившимся в атмосферу Юпитера.
Состояние невесомости
Этот миф кажется настолько очевидным, что многие люди никак не хотят переубеждать себя. Спутники, космические аппараты, астронавты и другое не испытывают невесомости. Настоящая невесомость, или микрогравитация, не существует и никто ее не испытывал никогда. Большинство людей находятся под впечатлением: как же так, астронавты и корабли плавают, поскольку находятся далеко от Земли и не испытывают действие ее гравитационного притяжения. На самом деле именно гравитация позволяет им плавать. Во время облета Земли или любого другого небесного тела, обладающего значительной гравитацией, объект падает. Но поскольку Земля постоянно движется, эти объекты не врезаются в нее.
Гравитация Земли пытается затащить корабль на свою поверхность, но движение продолжается, поэтому объект продолжает падать. Это вечное падение и приводит к иллюзии невесомости. Астронавты внутри корабля тоже падают, но кажется, будто они плавают. Такое же состояние можно испытать в падающем лифте или самолете. И вы можете испытать в самолете, свободно падающем на высоте 9000 метров.
