Что случится с водой в космосе?

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.



Источник