Niedawno wsiadłem do samolotu i zauważyłem, że temperatura powietrza na zewnątrz wynosi -53 ° C na wysokości 36860 stóp (11,23 km). Nie wiem, co powoduje tak niską temperaturę na tej wysokości, ale zastanawiałem się, czy wyższe wysokości (przestrzeń) mogą mieć nawet ujemne temperatury. Mam wątpliwości, co się stanie, jeśli kostka lodu zostanie w kosmosie? Czy stopiłby się, czy pozostałby taki, jaki jest?
Odpowiedzi:
To zależy od tego, gdzie jesteś w kosmosie.
Jeśli po prostu włożysz go na orbitę wokół Ziemi, sublimuje: średnia temperatura powierzchni czegoś w odległości Ziemi od Słońca wynosi około 220 K, co jest solidnie w fazie gazowej dla wody w próżni i dla substancji stałych przejście w tej temperaturze nie przechodzi przez fazę ciekłą. Z drugiej strony, jeśli wystawisz swoją kostkę lodu w Chmurze Oorta, będzie rosła: średnia temperatura powierzchni wynosi 40 K lub mniej, aż do fazy stałej, więc będzie podnosić (lub być odbierany przez) gaz i inne przedmioty w kosmosie.
Kometa jest przybliżonym przybliżeniem kostki lodu. Jeśli pomyślisz o tym, co dzieje się z kometą w różnych miejscach, to o tym, co by się stało z twoją kostką lodu.
Sublimuje. Zamrożona masa wody zmniejszyłaby się, gdy woda przekształciła się z ciała stałego w gaz (nie zmieniając się w ciecz) i odpłynie.
W próżni kosmicznej najważniejsze jest rozważenie, ile promieniowania kostka lodu pochłonie na przykład z pobliskich gwiazd i jak szybko sama kostka lodu wypromieniuje energię (zgodnie z prawem Wien'a ), ustalając , jaka byłaby temperatura kostki lodu wytworzyć równowagę (temperaturę, w której kostka lodu promieniuje energią z tą samą prędkością, z jaką pochłania energię), a następnie ustalając, czy temperatura ta jest wyższa czy niższa od temperatury topnienia kostki lodu. Jeśli jest powyżej temperatury topnienia (wody w próżni), to jak inne odpowiedzi mówią, że kostka lodu sublimuje; jeśli będzie poniżej temperatury topnienia, kostka lodu pozostanie zamrożona.
W szczególności dla kostki lodu, która jest kostką na orbicie wokół Słońca z jedną stroną skierowaną w stronę słońca, należy obliczyć, ile energii strona zwrócona w stronę słońca pochłania od słońca, a także ile energii promieniuje od wszystkich sześciu stron sześcian, a następnie znajdź temperaturę równowagi.