при какой температуре закипает вода на марсе
При какой температуре закипает вода на марсе
Исследователи НАСА доказали существование на Марсе воды в жидкой форме.
На Земле вода находится в трех основных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Лед, жидкость и пар – равновесие между тремя этими формами воды определяют всего два физических параметра: давление и температура. Когда вы греете воду в чайнике, вы постепенно поднимаете температуру жидкости до температуры кипения, после чего она, естественно, закипает. Если тот же сосуд с водой поставить в морозильник, то спустя некоторое время она превратится в лед, вдобавок разорвав и сосуд. Однако это все происходит при постоянстве другого параметра – давления, что же будет, если мы будем менять еще и его? А произойдет следующее: температура плавления льда никак не изменится и останется равной 0 градусов Цельсия (если, конечно, не создавать совсем экстремальных условий), а вот температура кипения будет изменяться. Этот эффект хорошо наблюдается в высокогорье, где в условиях низкого давления, вода начинает кипеть при заметно меньшей температуре. Например, на высоте 6000 метров над уровнем моря, вода в кружке закипит уже при 80 градусах. А что произойдет, если опустить давление еще ниже? Температура кипения будет все уменьшаться, до тех пор, пока не сравняется с температурой плавления. Это так называемая тройная точка – такое сочетание давления и температуры, при котором все три формы: жидкая, твердая и газообразная существуют одновременно. Если же мы опустим давление еще ниже, то лед при нагревании перестанет плавиться, а будет сразу переходить в пар – этот процесс называется возгонкой.
Дело в том, что даже при температурах значительно ниже 0 градусов вода может находиться в жидком состоянии за счет растворенных в ней солей. Как раз по этой причине дороги зимой посыпают солью, чтобы растопить лед. В ходе исследований на поверхности Марса было обнаружено множество солей: сульфатов, хлоридов и перхлоратов – все они способны существенно понизить температуру замерзания воды и позволить ей существовать в жидком виде даже в столь холодных условиях Марса. Кроме того, исследователей долгое время привлекали странные темные образования на склонах некоторых кратеров: вытянутые на несколько сотен метров темные полосы менялись в зависимости от времени года: во время марсианского лета они становились шире, а зимой, наоборот, уменьшались в размерах. Это наводило на мысль, что возможно эти полосы как-то связаны с жидкой водой, которая за счет солей на поверхности могла стекать во время марсианских оттепелей. Установить, что это действительно так, удалось с помощью находящегося на орбите Марса аппарата Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Эта станция может не только получать фотографии поверхности планеты в высоком разрешении, но и исследовать ее химический состав, в том числе с помощью бортового спектрометра CRISM.
Оказалось, что эти загадочные темные полосы содержат в себе гидраты солей: перхлоратов и хлоридов магния, кальция и натрия. При этом спектральный сигнал от гидратов обнаруживается только в то время, когда эти полосы наиболее широкие, а вот во время марсианских зим сигнал пропадает. Гидраты солей могут образовываться только в присутствии жидкой воды, поэтому исследователи сделали вывод, что именно жидкая вода ответственна за появление этих необычных форм современного марсианского рельефа. Правда остается не ясным, откуда она берется. Источником мог бы быть лед, находящийся под поверхностью, однако это не характерно для этих областей. Конденсация водяного пара из атмосферы также под вопросом – поскольку воды в ней слишком мало. Так что на эту загадку еще предстоит найти ответ. И самый главный вопрос – если есть жидкая вода, то что насчет жизни? Об этом тоже еще рано говорить что-то определенное. С одной стороны, жидкая вода это, несомненно, большая заявка на возможность ее существования, но, с другой стороны, непонятно, может ли какая-нибудь биологическая форма выжить в таком «рассоле».
Ученые нашли следы кипящей воды на Марсе
Группа физиков из Нантского университета обнаружила, что наблюдаемые ранее изменения в рельефе марсианской поверхности могут происходить из-за потоков жидкой воды, которая кипит при низком давлении атмосферы.
Как известно, вода кипит при 100°С, но это работает только на уровне моря, так как температура кипения зависит от атмосферного давления: чем оно выше, тем атмосфера тоньше, а температура кипения ниже, объясняет Science Daily результаты эксперимента, опубликованного в журнале Nature Geoscience.
К примеру, на вершине Эвереста вода закипит при 60°C, но в условиях очень тонкой марсианской атмосферы вода вскипает даже при нуле.
Во время марсианского лета, когда подповерхностный водяной лед начинает плавиться и вскипать при низком атмосферном давлении. Кипение также касается потоков соленой воды, которые были обнаружены в прошлом году.
И хотя вода в виде жидкости — редкое явление на Марсе, исследователи полагали, что именно жидкая вода ответственна за странные полосы, пересекающие марсианские холмы в течение всего лета.
Чтобы выяснить механизм этого процесса, меняющего ландшафт планеты, группа исследователей из лаборатории Открытого Университета (Великобритания) решили провести эксперимент, воссоздав в специальной камере низкое марсианское давление. В то же время, группа ученых из Университета Париж-юг XI, осуществлявшая такой же эксперимент, работала при атмосферном давлении Земли.
В обеих камерах ученые наблюдали за тем, как талая вода взаимодействует с отложениями из песка. Исследователи поместили блок льда на вершину песчаного склона и изучали, что происходит при его таянии в земных и марсианских условиях.
Выяснилось, что в условиях, характерных для Земли, вода лишь постепенно просачивалась в песок, не оставляя никаких внушительных следов после высыхания. В «марсианской камере» вода, образующаяся от таяния льда, моментально вскипала, а высвобождающийся пар выталкивал песок и способствовал преобразованию рельефа песчаного холма. Еще более бурным процесс был при понижении давления. После высыхания поверхность песчаной насыпи обзавелась гребнями и каналами, которые напоминают те, что наблюдались на Марсе.
Эксперимент свидетельствует о том, что такие процессы в действительности возможны на Красной планете.
Ученые назвали место в Солнечной системе, где удобнее всего пить чай
МОСКВА, 3 янв — РИА Новости. Титан, спутник Сатурна, может быть самым удобным для чаепития местом в Солнечной системе за пределами Земли, считают британские физики, чьи статьи опубликованы в журнале Physics Special Topics.
Группа Ханны Лерман из университета Лестера оценила, насколько для «типично британского занятия» подойдут Венера, Земля, Марс, а также спутники Сатурна, Нептуна и Юпитера — Титан, Тритон и Каллисто. Взяв атмосферное давление у поверхности каждого космического тела, они рассчитали температуру, при которой на них закипит 1 моль воды для чая — примерно 18 миллилитров. Например, на Каллисто это произойдет при 126 кельвинах (минус 147,15 градуса Цельсия), а на Титане — при 384 кельвинах (110,85 градуса Цельсия).
На Марсе вода закипит при плюс 4 градусах Цельсия, что, по словам авторов, «близко к идеальной температуре подачи мороженого» — выпить такой чай будет уже довольно безопасно, хотя и вряд ли приятно. На поверхности Венеры вода закипит при непрактичных 273 градусах Цельсия, однако на высоте примерно 50 километров условия для чаепития точно соответствуют земным — поэтому британцы советуют перед высадкой построить платформу такой высоты, «чтобы исследователи могли, если что, выпить чаю».
Для Титана группа Пол, правда, получила совсем другое значение точки кипения воды — плюс 16 градусов Цельсия, и такой чай британцы сочли «невкусным, но пригодным для питья».
Факультет физики и астрономии университета Лестера (Великобритания) ежегодно публикует научный журнал Physics Special Topics, авторами и редакторами которого становятся четверокурсники факультета. Все статьи, направляемые в журнал, проходят обязательное рецензирование, а участие в его работе оценивается преподавателями и необходимо для получения диплома.
При этом начинающих британских ученых интересует необычный круг тем. Например, в прошлом году они выяснили, можно ли отапливать помещение теплом, вырабатываемым членами британского парламента в ходе напряженных дискуссий, а также доказали, что Джеку Воробью и Уиллу Тернеру, персонажам «Пиратов Карибского моря», которые в фильме идут под водой, дыша воздухом под перевернутой лодкой, кислорода хватило бы на целых три часа.
РИА Новости в новогодние каникулы представляет подборку самых интересных публикаций из свежего номера Physics Special Topics.
Открытые водоемы на Марсе
Yuriy
ограниченный
Почему-то считается что на Марсе вода не может существовать в жидком виде.
Вот допустим у нас лужа глубиной в 1см (ниже уровня принятого считаться нулевым давление выше тройной точки).
Температура кипения там практически совпадает с температурой замерзания, т.е. если температура вокруг больше 0C вода растаяла она тут же должна очень быстро нагреться до температуры кипения.
Ну вот она у нас закипела.
Удельная теплота испарения воды зависит от температуры, при которой испаряется вода. Эта зависимость определяется следующей эмпирической формулой:
В луже 1см глубиной 1х1м воды 10кг.
Чтоб испарить ее надо 25E6Дж.
На Земле солнечная постоянная 1400Вт/м 2
На Марсе где-то вдвое меньше 700Вт/м 2
Надо 25 000 000 / 700 = 35714 сек = 10 часов.
Сантиметровая лужа будет кипеть на Марсе десять часов и то если Солнце все это время простоит в зените.
На Земле и то лужи быстрее сохнут (солннечная постоянная больше)
Андрей Суворов
координатор
Yuriy
ограниченный
Yuriy
ограниченный
Т.е. на Марсе может быстро меняться соотношение CO2 в твердом и газообразном состоянии, так же как на Земле соотношение жидкой и твердой воды. И соответственно уровень тройной точки изменяться как на Земле уровень моря. Выходит еще недавно могло быть так что жидкая вода могла существовать и на высоких равнинах. И мерзлота бы там таяла и стекала реками. Изменение давления для этого нужно мизерное.
Андрей Суворов
координатор
Yuriy> Это при давлении НИЖЕ тройной точки.
Вот это «как только» меня очень забавляет. Жидкая вода испаряется, при низком давлении она испаряется быстрее. При этом оставшаяся часть воды охлаждается, а, поскольку точка замерзания так близка, то охлаждение прекращается, начинается замерзание оставшейся воды.
Жидкая открытая вода всегда холоднее воздуха над ней.
Сальсолёт
Тройная точка — Википедия
Yuriy
ограниченный
Yuriy
ограниченный
И в виде жидкости. На земле вода высыхает, на Марсе кипит, но на Марсе выкипает медленнее чем на Земле кипит.
А.С.> Вот это «как только» меня очень забавляет. Жидкая вода испаряется, при низком давлении она испаряется быстрее.
А энергию откуда взять? Это получается вечный двигатель.
А.С.> При этом оставшаяся часть воды охлаждается, а, поскольку точка замерзания так близка, то охлаждение прекращается, начинается замерзание оставшейся воды.
Как только она остынет ниже точки кипения кипение прекратится и дальше она охлаждаться не будет.
Потому она и находится в равновесии около точки кипения, испаряет количество пара пропорциональное поглощенной энергии.
А.С.> Жидкая открытая вода всегда холоднее воздуха над ней.
Это на Земле, на Марсе теплообмена между воздухом и водой почти нет.
Yuriy
ограниченный
Попробую объяснить как происходит испарение воды.
Вода испаряется двумя способами: либо с поверхности, тогда количество пара увеличичвается с стемпературой, либо кипением, тогда пузырьки образуются по всему объему.
Вот у нас есть сосуд с водой, испарящий в секунду массу m
Тогда на парообразование он будет тратить энергию
И к сосуду подводится снаружи теплота Pполучаемая
Если Pполучаемая Pзатрачиваемая
то объем будет нагреваться, больше испарять, больше охлаждаться и уравновесится при
Pполучаемая = Pзатрачиваемая
т.е. некипящая жидкость уравновешивается при такой температуре при которой испаряеемая масс m пропорциональна энергии.
но когда жидкость нагреется до температуры кипения, она уже будет испарять по всему объему а не только с поверхности, т.е. закипит. И температуру дальше увеличивать не надо, жидкость может тратить всю подводимую теплоту на парообразование.
но в любом случае вода в состоянии равновесия тратит на испарение столько же энергии сколько получает. если кипящая вода потратит больше тепла она тут же охладится и перестанет кипеть, а т.к. температура кипящей жидкости не меняется то она тратит на парообразование столько же сколько получает.
Поэтому количество испаряемого пара пропорционально только подводу тепла.
Если жидкость может испарять такое количество с поверхности испаряет, если нет то закипает.
Что произошло с водой на Марсе? Кажется, ученые нашли ответ
В 1971 году благодаря миссии «Маринер-9» появились первые свидетельства существовании воды на Красной планете. Кстати, именно тогда Дэвид Боуи спел свою знаменитую песню «Is there life on Mars?». Затем, в декабре того же года на Марс была запущена советская спускаемая автоматическая межпланетная станция (АМС) «Марс-3», в ходе которой было установлено множество факторов, в том числе измерено содержание водяного пара в атмосфере планеты. Сегодня, 49 лет спустя, ученые считают, что миллиарды лет назад Марс был намного теплее и содержал океаны жидкой воды. Но куда делась вся эта вода? Недавно, благодаря космическому аппарату NASA Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN), ученые получили более глубокое понимание атмосферы Красной планеты и, похоже, нашли ответ на этот вопрос. Оказывается, к полному осушению этой планеты привели пылевые бури и особенности ее атмосферы.
В 2001 году пыльная буря охватила весь Марс.
Куда пропала марсианская вода?
В 2017 году исследователи из Оксфордского университета предположили, что большая часть воды заперта внутри марсианских скал, которые впитали жидкую воду, как гигантская губка. Используя метод компьютерного моделирования и данные, собранные о горных породах здесь, на Земле, международная группа ученых пришла к выводу о том, что базальтовые породы на Марсе могут содержать до 25% больше воды, чем эквивалентные породы на нашей собственной планете. Это может помочь объяснить, куда исчезла вода.
«Ученые долго думали над вопросом о том, куда пропала марсианская вода, но мы никогда не проверяли теорию поглощения воды в результате простых реакций горных пород», – слова ведущего автора исследования Джона Уэйда из Оксфордского университета приводит издание Sciencealert.
Вид древней сети речных долин на Марсе
Благодаря различиям в температуре, давлении и химическом составе самих горных пород, вода на Марсе могла быть поглощена скалистой поверхностью, в то время как Земля сохранила свои озера и океаны, пишут авторы работы, опубликованной в журнале Nature. Но скалистые и горные породы вряд ли могли поглотить всю марсианскую воду.
Интересный факт – сегодня, благодаря исследованиям международной команды ученых, мы знаем, что под поверхностью Марса есть система подземных озер. Авторы сразу нескольких научных работ полагают, что вода в этих озерах соленая, но в научном сообществе по-прежнему ведутся споры на этот счет. Ситуация должна проясниться в феврале 2021 года, когда в марсианскую атмосферу войдет китайский орбитальный аппарат «Тяньвэнь-1».
Тайны марсианской атмосферы
Чтобы понять, куда пропала марсианская вода, ученые посмотрели вверх — примерно на 150 километров над поверхностью Марса. Как пишет издание Inverse, изучение этой специфической части атмосферы планеты, а не ее поверхности, имело решающее значение для нового понимания учеными того, что произошло с марсианской водой.
Часть атмосферы, которой заинтересовались ученые, переходит в космос. Как пишут авторы работы, опубликованной в журнале Science, это не какой-то жесткий край, а скорее, плавный переход. Все планеты с атмосферой, включая Землю, имеют такое переходящее пространство, которое мы называем экзосферой – место, где свет от звезд расщепляет нейтральные молекулы на составные части, например, углекислый газ на углерод и кислород.
Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира популярной науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!
И именно в этом переходном пространстве команда обнаружила следы воды. «Это настоящий сюрприз и имеет значительные последствия для понимания того, куда пропала вода с планеты», – пишут авторы исследования. Пылевые дьяволы — согласно новым данным, пыльные бури, поднимающиеся с поверхности Марса, по-видимому, медленно высасывали воду планеты в течение миллионов лет, сметая молекулы воды в дикое путешествие в атмосферу.
Атмосфера Красной планеты – это газовая оболочка. Существенно отличается от земной атмосферы как по химическому составу, так и по физическим параметрам.
Подобное происходит и на нашей планете — испаренные молекулы воды движутся вверх, пока не конденсируются из газа обратно в жидкость, превращаясь в дождевые облака. Место, где этот процесс происходит, называется термопаузой.
Термопауза – верхний слой атмосферы планеты, расположенный над термосферой, характеризующийся переходом к постоянной температуре. Выше расположена экзосфера.
На Марсе термопауза работает не так эффективно, как следовало бы и не так эффективно, как термопауза Земли. В результате, когда вода движется в верхние слои атмосферы Марса, она вступает в реакцию с атмосферными молекулами и расщепляется на водород и кислород — водород может затем полностью покинуть марсианскую атмосферу, как предполагает исследование, — и в конечном итоге навсегда теряется в космосе.
Открытие ученых из Аризонского университета проливает свет на эволюцию Красной планеты от мира, возможно, похожего на Землю, к пустынной планете, которую мы знаем сегодня. Ученые полагают, что, хотя поверхность Марса пронизана древними озерами и реками, единственная оставшаяся вода может находиться в ловушке под землей.
Пылевые дьяволы
Американский искусственный спутник для исследования атмосферы Марса MAVEN может проводить исследования во время марсианских пылевых бурь. В то время как большинство других спутников совершают круговые орбиты, то есть они смотрят на одну и ту же часть Марса в одно и то же время суток снова и снова, Maven «постоянно пробует различные условия на Марсе, с точки зрения времени суток, долготы и широты», — пишут исследователи.
Пылевые бури на Красной планете – обычное дело
Пылевые бури на Марсе происходят регулярно и в разных регионах планеты, но в 2018 году планету настигла глобальная буря. Однако для команды ученых это событие оказалось удачным, так как предоставило «беспрецедентное представление о том, как вся планета реагирует на шторм». Но тот шторм оценили не все. Марсоход NASA Opportunity патрулировал поверхность Марса. Пыль, поднятая во время шторма оседала на солнечных панелях аппарата, блокируя солнечные лучи и лишая его энергии, что в конечном итоге положило конец историческому путешествию.