Astrofizycy - pomocy !

[Gość: ciekawy]

Jakl to jest. Im niższe ciśnienie, tym szybciej woda paruje (a lód chyba
szybciej sublimuje). Na jakiej zasadzie w kometach są bryły lodu. Dlaczego
nie wysublimowały błyskawicznie. Czy są tam tysiące, miliony lat?

[t0g]

Gość portalu: ciekawy napisał(a):

> Jakl to jest. Im niższe ciśnienie, tym szybciej woda paruje (a lód chyba
> szybciej sublimuje).

To jest stwierdzenie nieprawdziwe - a przynajmniej nieprecyzyjne. Trzeba jeszcze
okreslic dokladnie, cisnienie CZEGO. Role odgrywaja dwa czynniki: temperatura i
cisnienie pary w otoczeniu brylki lodu. Jezeli to cisnienie osiagnie wartosc
cisnienia pary nasyconej, to dalsze parowanie/sublimacja ustaje.

Temperatura obiektow znajdujacych sie daleko od Slonca jest bardzo niska. Dane
na temat cisnienia pary nasyconej wody w tak niskich temperaturach trudno jest
znalezc, ale prawdopodobnie mozna to sobie obliczyc z tzw. wzoru
Claussiusa-Clapeyrona.

Moge to zrobic pozniej.

Na jakiej zasadzie w kometach są bryły lodu. Dlaczego
> nie wysublimowały błyskawicznie. Czy są tam tysiące, miliony lat?

Miliardy chyba...

[Gość: ciekawy]

Hmmmm....

czyli że tak?

[llukiz]

czy że nie?

[Gość: Carmen S.]

Nie, nie mozna. Podejscie termodynamiczne jest mozliwe gdy proces jest
rownowagowy. Gdy droga swobodna czasteczki staje sie dluzsza niz sciany
naczynia taki juz nie jest, poza tym cisnienie staje sie tym czym naprawde jest
czyli tensorem. Temperatura tez jest tylko wspolczynnikiem jakiegos rozkladu,
gdy takiego nie ma mowienie o temperaturze nie ma sensu, nie ma wiec czegos
takiego jak temperatura w prozni kosmicznej, to co termometr pokaze to
temperatura termometru, termopara pokaze co innego (oczywiscie to sie nie
sprawdza w laboratorium bo termometr jest w rownowadze radiacyjnej ze sciankami
naczynia, kometa nie jest).

Tak Carmen, oczywiscie masz racje...

[t0g]

Proces jest oczywiscie nierownowagowy i podchodzic z formalizmem odpowiednim dla
procesow rownowagowych jest oczywistym absurdem. Trzeba od razu z "narzedziami"
jakiejs bardziej zaawansowanej mechaniki statystycznej. Ale ja na tym sie akurat
kompletnie nie znam, wiec lepiej juz nie bede zabieral glosu.

Jedno tylko, co moge powiedziec - to z doswiadczen praktycznych. Ja w swojej
pracy mam duzo do czynienia z aparatura kriogeniczna. Jesli woda sie dostanie do
kriostatu, to moze to byc zmora. Woda odparowuje i "psuje" proznie w ukladzie. Z
tym, ze woda (czy raczej szron) na najbardziej zewnetrznej czesci kriostatu (od
srodka, znaczy). Jesli oszronia sie wewnetrzne czesci, to z tym mozna czasem
przezyc, bo jak sie je schlodzi do temperatury azotowej, to cisnienie pary staje
sie tak nikle, ze w ogole przestaje to miec jakiekolwiek znaczenie.

O temperaturze samej prozni kosmicznej trudno mowic, ale bryla lodu jakas
temperature ma, i na pewno daleko od Slonca jest to temperatura niska. Ja
przypuszczam wiec, ze parowanie jest wtedy bardzo wolne.

Problem jest jednak na pewno "rozpracowany" w detalach i trzeba by tylko
poszukac, zeby poznac odpowiedz.

[devegas]

Carmen, oczywiście o temperaturze czystej próżni nie ma co mówić bo to nonsens ale przestrzeń kosmiczna przecież nie jest próżnią tylko jest wypełniona przynajmniej promieniowaniem reliktowym. O temperaturze promieniowania chyba możemy mówić.
Określa się, że temperatura tego promieniowania reliktowego wynosi około 3 K.
Zwykłym termometrem oczywiście temperatury tego promieniowania nie zmierzymy ale są takie termometry jak pirometry czy termometry balometryczne które mierzą temperaturę promieniowania.

[t0g]

devegas napisał:

> Carmen, oczywiście o temperaturze czystej próżni nie ma co mówić bo to nonsens
> ale przestrzeń kosmiczna przecież nie jest próżnią tylko jest wypełniona przyna
> jmniej promieniowaniem reliktowym.

Drogi Devegasie,

Mylisz dwie rzeczy.

Zauwaz:
Idac szlakiem Twojego rozumowania, mozna by powiedziec tak: uklad sloneczny w
naszym rejonie wypelniony jest swiatlem slonecznym. Temperatura tego swiatla
wynosi, jak wiadomo, 6000 K. A wiec temperatura w naszym rejonie Ukladu
Slomecznego wynosi ok. 6000 K.

Promieniowanie reliktowe ma rozklad widmowy promieniowania ciala doskonale
czarnego o temperaturze 2.98 (bodajze?) K, stad mowimy o jego temperaturze.

W mechanice statystycznej mowi sie jak najbardziej o "gazie fotonowym", ale
zawsze mamy wtedy na mysli "gaz fotonowy" wypelniajacy jakas wneke, czyli bedacy
w rownowadze termicznej z owa wneka, no i automatycznie, jesli mowimy o
temperaturze gazu, to musi sie ona zgadzac z temperatura wneki...

Ale, czy mozna mowic o temperaturze niezaleznie istniejacego gazu fotonowego?
Trza sie chwile zastanowic...

Wszystko cofam!

[t0g]

Znalazlem odpowiedni ustep w odpowiedniej ksiazce. Wszystko, co mowisz, ma sens.
Z pewnymi drobnymi poprawkami...

[devegas]

Tezerogu , nie zrozumiałeś mnie.
Oczywiście nie można mówić o temperaturze w rejonie układu słonecznego bo to jest bez sensu jak mówienie o temperaturze próżni. O temperaturze możemy mówić w odniesieniu do konkretnego obiektu. Tak, można powiedzieć że temperatura promieniowania słonecznego ma ok 6000 K , a temperatura jakiegoś obiektu w rejonie układu słonecznego ileś tam stopni Kelwina.

Temperatura prozni

[t0g]

Tu jest fragment z podrecznika H.Callena, bardzo znanego amerykanskiego eksperta
od termodynamiki (niezyjacego juz):

"The Universe is considered cosmologists to be an expanding electromagnetic
cavity containing radiation that now is at a temperature of 2.7 K."

Podane jest wyprowadzenie wzoru na entropie gazu fotonowego:

S= 4/3 x (bVU^3)^(1/4)

Znaczy to jest czwarty pierwiastek z tego, co jest w pierwszej parze nawiasow -
gdzie b oznacza tzw. stala Stefana-Boltzmanna, V - objetosc, i U - calkowita
energie. Pochodna entropii wzgledem energii wewnetrznej to odwrotnosc
temperatury, wiec dostaje sie, ze temperatura to czwarty pierwiastek z wyrazenia
(U/bV).

Z tego, co Callen pisze, nalezaloby wyciagnac wniosek, ze objekt znajdujacy sie
w kosmicznej prozni w rejonie, gdzie swiatlo gwiazd stanowi juz nieistotny
czynnik i nie "nagrzewa" go, to osiagnie on stan rownowagi promieniowaniem
reliktowym i jego temperatura sie ustali na 2.7 K wlasnie.

Czyli... termometrem bys jednak mogl zmierzyc!

Devegasie: okazuje sie, ze wszysto, co wiedzialem

[t0g]

...mikrofalowym promieniowaniu reliktowym w Kosmosie (CMB), wiedzialem zle.
Poczytalem sobie teraz i juz wiem chyba lepiej. W kaszdym razie jednak, odwoluje
wszysto, co do tej pory w tym watku powiedzialem!

Ja myslalem, ze tylko sam rozklad widmowy tego promieniowania odpowiada
temperaturze 2.72 K. Tymczasem, to nie tylko sam ksztalt widma pasuje do tej
temperatury, ale i natezenie promieniowania, czyli gestosc energii. Czyli jest
to promieniowanie rownowagowe, jak wewnatrz wneki o temperaturze 2.72 K. Czyl
Wszechswiat jest taka wneka, ino bez scian. Wypelnia go gaz fotonowy o
temperaturze 2.72 K. Czyli mowienie o temperaturze prozni MA sens.

Dosc duzo sie naszukalem, zeby znalezc dane dotyczace energii CMB. Ale znalazlem
w koncu: strumien wynosi 996 nW/m^2/steradian, a gestosc energii (o te dana
nawet wiecej mi chodzilo) jest 2.62x10^5 eV/m^3. Musze jeszcze sobie policzyc z
wzoru Plnanka gestosc energiii w "zwyklej" wnece o temperaturze 2.72 K, zeby juz
byc na 100% pewien, ze wszystko dobrze rozumiem.


Ekspansja Wszechswiata jest procesem izoentropowym, wiec ten gaz sie stopniowo
ochladza - na poczatku mial ponoc 3000 K.

[devegas]

Tezerogu, przyznam się że trochę nie rozumiem Twojej ostatniej wypowiedzi. Ja trochę inaczej rozumiem kwestię promieniowania reliktowego i wogóle promieniowania.
Obojętnie czy rozpatrujemy tę kwestię falowo czy korpuskularnie (gaz fotonowy) to każde promieniowanie ma energię a w związku z tym ma temperaturę (zgodnie z równaniem Boltzmana zależności energii promieniowania ciała doskonale czarnego od temperatury w czwartej potędze). Nie rozumiem jak promieniowanie może mieć rozkład widmowy jak piszesz a nie posiadać temperatury. Oczywiście jest zależność bodaj że Wiena która pozwala określiś temperaturę promieniowania na podstawie maksimum rozkładu widma promieniowania ale to jest ta sama temperatura wynikająca z energii promieniowania.
Nie bardzo rozumiem jak doszedłeś do tego że próżnia ma temperaturę. Promieniowawnie reliktowe jest promieniowaniem zrównoważonym ale przecież możemy wydzielić przestrzeń gdzie nie będzie promnieniowania relikowego (wypompować gaz fotonowy) i w tym obszarze nie możemy mierzyć żadnej temperatury.

[t0g]

devegas napisał:

> Tezerogu, przyznam się że trochę nie rozumiem Twojej ostatniej wypowiedzi. Ja t
> rochę inaczej rozumiem kwestię promieniowania reliktowego i wogóle promieniowan
> ia.
> Obojętnie czy rozpatrujemy tę kwestię falowo czy korpuskularnie (gaz fotonowy)

"gaz" nie musi implikowac kopuskularnosci czy falowosci, wtrace. Podstawowy
model gazu skladajacego sie z ATOMOW w kwantowym statystyczno-mechanicznym
podejsciu jest bardziej falowy niz korpuskularny.


> to każde promieniowanie ma energię a w związku z tym ma temperaturę (zgodnie z
> równaniem Boltzmana zależności energii promieniowania ciała doskonale czarnego
> od temperatury w czwartej potędze).

To sie chyba nazywa "prawo Stefana-Boltzmanna"? I mowi, ze calkowita moc
wyprominiowana przez cialo doskonale czarne jest P = sigma x A x T^4, gdzie
sigma to stala Stefana-Boltzmanna, a A to powierzcnia.

No, ale z Twoim argumentem o temperaturze sie nie zgadzam. Bo, na przyklad,
wezmy cialo o powierzchin 1 m^2 i temperaturze T. I drugie o temperaturze 1/2 T
i powierzchni 16 m^2. I trzecie o temperaturze 1/3 T i powierzcni 81 m^2.
Wszystkie beda wypromieniowywac te sama ilosc energii w jednostce czasu, mimo
bardzo roznych temperatur. Zatem sama energia nie moze byc "wyznacznikiem"
temperatury promieniowania.

No, chyba, ze bedziemy mowic o promieniowaniu z jednostki powierzchni - to wtedy
jego moc faktycznie okresla temperature. Ale w takim wypadku musimy cos
wiedziec o zrodle - jaka ma powierzcnie? Jesli rozmiarow zrodla nie znamy, to z
wyznaczeniem temperatury bedzie problem.


Nie rozumiem jak promieniowanie może mieć
> rozkład widmowy jak piszesz a nie posiadać temperatury. Oczywiście jest zależn
> ość bodaj że Wiena która pozwala określiś temperaturę promieniowania na podstaw
> ie maksimum rozkładu widma promieniowania...

Prawo Plancka. "Prawo Wiena" to dosc prosciutkie epmiryczne prawo, ktore mowilo,
ze iloczym temperatury i dlugosci fali, przy ktorej przypada maksimum, jest
staly. No i wartosc tej stalej zostala wyznaczona doswiadczalnie. Natomiast
prawo Plancka opisuje dokladnie ksztalt calego rozkladu.


ale to jest ta sama temperatura wynik
> ająca z energii promieniowania.

No wlasnie, jak to uzasadnilem powyzej, niezupelnie...

Na podstawie pomiarow ksztaltu widma mozeny zmierzyc temperature odleglej
gwiazdy, nic nie wiedzac o jej rozmiarach. Na podstawie energii - musielibysmy
juz wiedziec, jaka jest powierzchnia tej gwiazdy.


> Nie bardzo rozumiem jak doszedłeś do tego że próżnia ma temperaturę. Promieniow
> awnie reliktowe jest promieniowaniem zrównoważonym ale przecież możemy wydzieli
> ć przestrzeń gdzie nie będzie promnieniowania relikowego (wypompować gaz fotono
> wy) i w tym obszarze nie możemy mierzyć żadnej temperatury.


Racja - oczywiscie powinienem byl napisac: "proznia kosmiczna", czy "niczym
nieoslonieta proznia kosmiczna".

Pozdrawiam, t0g

[devegas]

Tezerogu, wątek dotyczy komet więc nie chcę się za bardzo rozwodzić na temat promieniowania. Ale temat mnie zainteresował i trochę sobie wczoraj poczytałem i poprzypominałem teorii.
Więc oczywiście masz rację, moje spekulacje tyczą się nie energii ale energii promieniowania na jednostkę powierzchni w czasie ( wyczytałem że to tak mądrze się nazywa Egzytancja) oraz dotyczą tylko ciała doskonale czarnego.
Jeżeli chcielibyśmy odnieść równanie Plancka i Boltzmana do ciał rzeczywistych ( czyli jak to napisałeś że zależy temperatura promieniowania od powierzchni ciała promieniującego ) to oczywiście masz rację ale tu sprawa się bardzo komplikuje, wchodzi równanie Kirchoffa i i cała masa współczynników właściwych ciału: emisyjności, absorbcji, transmisji i odbicia.
No ale warto coś sobie przypomnieć.
Swoją drogą niewiedziałem że syn Maxa Planck'a brał udział w zamachu na Hitlera i został stracony.

[Gość: Carmen S.]

Tyle ze w oryginalnym pytaniu wcale nie chodzi o promieniowanie reliktowe i
jego nie znaczaca nic energie (z punktu widzenia komety). Chodzi w nim o stany
posrednie czyli takie, w ktorych nie mozna zakladac ze promieniowanie od
okolicznych gwiazd jest nieistotne ale nie jest ono tez na tyle duze aby myslec
jak o sublimacji pod kloszem w laboratorium. Co do sublimacji polecam tez
wykres fazowy tlenku wodoru.

To wszystko jest dosc skomplikowane

[meehow1]

Komety docierajace w poblize Slonca ulegaja sublimacji. Nastepuje ona, gdy
kometa jest w odleglosci mniejszej niz 3 jednostki astronomiczne od Slonca.
Natomiast komety z peryferiow Ukladu Slonecznego poruszaja sie nie w absolutnej
prozni wypelnionej promieniowaniem reliktowym, ale wewnatrz osrodka
miedzygwiazdowego. Zgodnie z klasycznym modelem sklada sie on z dwoch faz: fazy
zimnej o temperaturze 100 kelwinow i gestosci 10 atomow/cm^3 i fazy cieplej o
temperaturze 10 tysiecy kelwinow i gestosci 0,1 atomu/cm^3 (co do rzedow
wielkosci). Z obserwacji rentgenowskich wynika, ze istnieje jeszcze faza goraca
o temperaturze miliona kelwinow. Nasz Uklad Sloneczny jest zapewne otoczony
przez faze ciepla. Tak wiec komety poruszaja sie w gazie o temperaturze okolo
10 tysiecy kelwinow. Temperatura promieniowania reliktowego to przy tym pestka.
Sublimacji przeciwdzialac moze warstwa zwiazkow weglowych o grubosci od
centymetra do metra, ktora pokrywa jadro komety. Jadra komet sa czarniejsze od
sadzy - odbijaja zaledwie kilka procent padajacego swiatla.
PS. Co prawda z wyksztalcenia jestem astrofizykiem, ale nigdy nie zajmowalem
sie ani kometami, ani osrodkiem miedzygwiazdowym, i dlatego moglem powyzej
palnac jakies glupstwo (chociaz mam nadzieje, ze nie).

No, nareszczie Pan Bog nam zeslal kogos kompeten-

[t0g]

..tnego (choc sie wykreca, ze niby malo wie).

Fascynujace! Co powoduje, ze ten gaz ma taka wysoka temperature?
Przy czym jego pojemnosc cieplna musi byc znikoma, bo przy takiej gestosci to
jeden mol gazu zajmuje - drobiazg - objetosc rzedu miliarda kilometrow
szesciennych. Wiec wiele ciepla nie jest w stanie komecie chyba oddac...

[Gość: ciekawy]

No dobra, ale skoro jądro komety odbija tylko kilka procent światła, to od
strony naświetlnej powinno się szybko nagrzewać i sulimować czy parować poprzez
fazę cikłą. Mam tu na myśli bryły lodu w nim zawarte. Skoro krążą miliony czy
miliardy lat.

[t0g]

Gość portalu: ciekawy napisał(a):

> No dobra, ale skoro jądro komety odbija tylko kilka procent światła, to od
> strony naświetlnej powinno się szybko nagrzewać...

Niekuniecnie...Z cialem czarnym jest, widzisz, tak, ze ono wypromieniowuje
dokladnie tyle samo energii, ile absorbuje (to jest nawet jedna z mozliwych
definicji ciala czarnego). Ciala czarnego nie mozna rogrzac do dowolnie wysokiej
temperatury przy pomocy promieniowania. Cieplo trza dostarczac inna droga...

[meehow1]

Wszystko sie zgadza. Ogromna wiekszosc komet tworzy tzw. oblok Oorta, ktory
powstal wraz z calym Ukladem Slonecznym 4,5 miliarda lat temu. Oblok ten
rozciaga sie na odleglosc 100 tysiecy jednostek astronomicznych od Slonca,
czyli 100 tysiecy razy dalej niz promien orbity Ziemi. Oswietlenie (ktore
zalezy od kwadratu odleglosci) jest tam (100 tysiecy)^2 = 10 miliardow razy
slabsze niz na Ziemi, czyli praktycznie zadne. Z tej odleglosci Slonce wyglada
jak jedna z wielu gwiazd. Nie podgrzewa ono komet wystarczajaco, by sublimowaly.

Co pewien czas jakas perturbacja (np. przelatujaca w miare blisko inna gwiazda)
wytraca niektore komety z ich poczatkowych orbit i kieruje je w strone Slonca.
Gdy kometa zbliza sie do naszej gwiazdy na odleglosc mniejsza niz 3 jednostki
astronomiczne, zaczyna sublimowac. Wiekszosc takich komet raz okrazy Slonce i
odleci w sina dal. Niektore jednak wpadna w pole grawitacyjne Jowisza lub innej
wielkiej planety i moga zostac umieszczone na orbicie okresowej. Co kilka-
kilkadziesiat lat zblizaja sie wowczas do Slonca i wtedy sublimuja. Po kazdym
zblizeniu sa coraz mniejsze. Najlepszym przykladem jest Kometa Halleya.
Ostatnie dwa zblizenia (w 1910 i w 1986 roku) byly juz malo spektakularne.
Nastepne (w 2062 roku) bedzie zapewne jeszcze mniej widowiskowe - jadro komety
sie kurczy.

[devegas]

Może dodam jeszcze, że komety pochodzą również z pasa Kuiperta który jest trochę bliżej Słońca (100 j.a. od Słońca) ale tam jest też wystarczająco "zimno" żeby lotne substancje komety były w fazie stałej. Pas Kuiperta jest za Plutonem a Pluton ma ok.-235 stC i pokryty jest stałym metanem . Z pasa Kuiperta wpadają do środka głównie komety okresowe a z obłoku Oorta głównie jednopojawieniowe ( o trajektorii hiperbolicznej).
Jak zauważyłeś komety sublimując stają się coraz mniejsze aż w końcu stają się po prostu planetoidami (wszystko lotne wysublimowało) które co raz biegają koło Ziemi i innych plantet i napędzają stracha astronomom.