مجله الکترونیکی آبین

آب در فضا یخ می زند یا می جوشد؟

آب در فضا یخ می زند یا می جوشد؟

به نظر شما اگر مقداری آب در فاز مایع را با خود به فضا ببرید، منجمد می شود یا می جوشد؟ خلا فضا با آن چه در زمین به آن عادت کرده ایم بسیار متفاوت است. جایی که اکنون ایستاده اید، با اتمسفر تقریبا نزدیک به خورشید احاطه شده است و شرایط مهیاست تا در طول شبانه روز، آب مایع در همه جای سیاره ما وجود داشته باشد.

 

شرایط فضا چگونه است؟


فضا از دو منظر بسیار مهم با زمین متفاوت است. فضا سرد است (خصوصا اگر زیر نور مستقیم خورشید نباشید یا از ستاره ما دور باشید) و بهترین خلا بدون فشار شناخته شده ای است که می شناسیم. در حالی که فشار اتمسفری استاندارد زمین، حدود 1022*6 اتم هیدروژنی است که به هر متر مربع از سطح زمین فشار وارد می کنند. در حالی که بهترین اتاق های خلا در زمین می توانند تا یک تریلیونم فشار را کاهش دهند، فضای بین ستاره ای، فشاری معادل میلیون ها و یا حتی میلیاردها کمتر از این مقدار دارد.


به عبارت دیگر، افت دما و فشار در اعماق فضا در مقایسه با زمین باور نکردنی است. این شرایط، پاسخ به سوال ما را پیچیده تر خواهد کرد. همان طور که می دانید با قرار دادن آب مایع در مکانی که دمای آن زیر صفر است، کریستال های یخ شروع به تشکیل خواهند کرد.


چنان که پیش تر به آن اشاره کردیم، فضا بسیار سرد است. در فضا و به دور از ستاره ها، تنها دمای موجود ناشی از تشعشعات باقیمانده از انفجار بیگ بنگ است: تابش زمینه کیهانی. دمای این تابش، تنها 2.7 درجه کلوین است. برودت این هوا برای انجماد هیدروژن جامد نیز کافی است چه برسد به آب.

 

 آیا می توان نتیجه گرفت که آب در فضا یخ می زند؟


هنوز نه. چرا که با کاهش فشار محیط، آب مایع شروع به جوشیدن می کند. ممکن است با این واقعیت آشنا باشید که آب در ارتفاعات، در دمای پایین تری به جوش می آید. این موضوع به خاطر آن است که اتمسفر کمتری شما را احاطه کرده و فشار پایین تر است. با این حال، اگر آب مایع را در یک محفظه خلا قرار دهیم و سپس به سرعت هوا را تخلیه کنیم، شاهد تاثیر بیشتری از این پدیده خواهیم بود. پس چه اتفاقی برای آب می افتد؟


آب به شدت می جوشد! علت امر آن است که آب در فاز مایع خود به محدوده خاصی از فشار و دما به طور همزمان نیاز دارد. اگر ضمن ثابت بودن دمای آب در فاز مایع، فشار را کاهش دهید، سریعا به جوش می آید.
اما از آن طرف هم در صورتی که در فشار معین و ثابت، دما را کاهش دهید، آب سریعا یخ می زند! هنگامی که در مورد قرار گیری آب مایع در فضای خلا صحبت می کنیم، هر دو فاکتور دما و فشار به صورت همزمان اعمال می شوند. یعنی آب را با دما و فشار مشخص به مکانی انتقال می دهیم که با کاهش فشار تمایل به جوشیدن داشته و افت دما نیز سبب می شود که به حالت انجماد متمایل گردد.


می‌توانید آب مایع را به فضا (مثلا در ایستگاه فضایی بین‌المللی) بیاورید. جایی که بتوان آن را در شرایطی مانند زمین یعنی در دما و فشار پایدار نگه داشت. اما وقتی آب مایع را در فضا قرار می دهید - جایی که دیگر نمی تواند در فاز مایع باقی بماند - کدام یک از این دو اتفاق خواهد افتاد؟ منجمد می شود یا می جوشد؟ پاسخ این سوال شما را به وجد خواهد آورد. آب ابتدا می جوشد و سپس یخ می زند. این پاسخ از یافته های فضانوردان نشات گرفته است. طبق اظهارات آنان، آب ابتدا جوشیده و سپس ابری از کریستال های منجمد یخ تشکیل می شود.

 

گرمای ویژه آب


علت فیزیکی این پدیده، گرمای ویژه بالای آب است. تغییر سریع دمای آب فوق العاده دشوار است. زیرا با وجود اینکه گرادیان دما بین آب و فضای بین ستاره‌ ای بسیار زیاد است، آب گرما را به‌ خوبی نگه می‌دارد. علاوه بر این، به دلیل کشش سطحی، آب تمایل دارد به شکل کروی در فضا باقی بماند. این موضوع، میزان سطحی را که برای تبادل گرما با محیط زیر صفر خود دارد به حداقل می رساند. بنابراین فرآیند انجماد به طرز باورنکردنی آهسته خواهد بود، مگر اینکه راهی وجود داشته باشد که هر مولکول آب را جداگانه در معرض خلا فضا قرار داد. چنین محدودیتی برای فشار وجود ندارد. فشار اطراف آب عملا صفر است و به همین خاطر بلافاصله جوشیده و به بخار (فاز گاز) تبدیل می شود.


با توجه به این موضوع که حجم گاز بسیار بیشتر از مایع است، در اثر جوشیدن آب، مولکول های آن نسبت به هم فاصله می گیرند. در نتیجه بلافاصله پس از به جوش آمدن آب -در فشار تقریبا صفر- می تواند بسیار سریع خنک شود. زمانی که دمای آب به زیر 210 درجه کلوین برسد، بدون توجه به فشار، وارد فاز جامد خواهد شد. پس ابتدا آب می جوشد، سپس غبار بسیار ریزی تشکیل می شود که سریعا منجمد شده و شبکه ای از کریستال های ظریف یخ ایجاد می شود. شاید باور آن سخت باشد اما می توانید این فرایند را در زمین نیز شبیه سازی کنید. در یک روز بسیار سرد (دمای هوا باید -30 درجه یا کمتر باشد) یک قابلمه آب جوش برداشته و آن را با فاصله از خود، در هوا پرتاب کنید. کاهش سریع فشار باعث جوشیدن فوری آب شده و هوای بسیار سرد نیز باعث انجماد ذرات بخار آب (تشکیل برف) می گردد. 


سایت آبین، ضمن برخورداری از سال ها تجربه در طراحی و ساخت دستگاه های تصفیه آب، عرضه کننده خدمات مشاوره ای و فروش در این زمینه می باشد. جهت دریافت خدمات مشاوره رایگان می توانید به آدرس www.abin.ir مراجعه نموده و یا با شماره 02122228116، تماس حاصل فرمایید.
 

منبع: abin.ir
تعداد بازدید: 47
تعداد نظرات: 0
نیلوفر شیرازی
نویسنده یا مترجم: نیلوفر شیرازی

اولین نظر را شما ثبت کنید

ارسال نظر