当我们把液态水放入太空,水肯定不会在以液体的形式存在,但是沸腾、结冰两种情况会发生哪一种?
答案是两者都会发生:水会先沸腾,然后在冻结!其实国际空间站的宇航员已经做过这个实验,但这个实验并不是刻意去做的,而是过去宇航员会把在太空中收集到的尿液定期排到太空中,据亲眼目睹的宇航员说:
那为什么水会先沸腾呢?将尿液排入太空,会产生剧烈的沸腾。然后水蒸气会立即进入固态,最后会得到一团冰封的尿液结晶。
其中的物理原因是:水的比热容很高。我们经常用水来冷却物体,水在吸收同样的热量下,温度上升的更慢,而降低同样的温度,水损失的热量也更低。
所以要想迅速改变水的温度就要大量的损失热量,这个过程稍微有点缓慢,所以让水短时间结冰非常困难的,因为即使是水和星际空间之间的温度梯度很大,但水也能很好地保存热量。此外,由于表面张力的作用,水在空间中往往会保持球形,同样的体积球形表面积最小,这实际上就最小化了水与太空环境交换热量的表面积。所以冻结过程会非常缓慢,除非想办法让每个水分子单独的暴露在真空中。水可能就来不及沸腾!
但是对于压强来说没有这么多的限制;压力下降会直接作用到水的表面,可以立即让水沸腾,使水进入气态(水蒸气)阶段!
当水沸腾时,气体的体积比液体要大多少,分子间的距离更远。这就是上面说的,让单个水分子暴露在太空,这意味着在水沸腾后,水蒸气可以迅速冻结!我们再看一下水的相图。
如果温度低于210k,无论压强是多少,水都将进入固态相。所以这就是在太空中水所发生的事情:首先水会沸腾,然后非常细小的雾就会变成了冰,形成脆弱,精细的冰晶。
其实我们在地球上有一个很好的类比!在一个非常非常寒冷的日子里,温度必须在零下30度或更低,拿一壶刚烧开的水,泼到空中,这就是我们在东北常见的泼水成冰。
泼出去的水压力会迅速降低!本来水的温度就很高,压力的下降就会引起水快速的沸腾,然后极冷的空气对水蒸气的快速作用会形成冰晶:雪!
如果你想把水带到太空,请保护好它!而且我们也能知道水这种东西在宇宙中并不罕见,更不是地球独有的,只是宇宙以另外一种方式将水储存了起来,在宇宙的某个角落只要存在合适的温度和压力肯定也有一个液态水的世界。这不足为奇。
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