如果把水倒入太空中会怎么样?类似过程曾被当作神秘事件

地球是目前已知的唯一一颗表面有稳定的液态水存在的星球,生活在地球上的我们,对水有着很深的认识(www.9san.cn)。

水在常温下是液体,温度降低的话会结冰,温度升高的话会沸腾,当然,这些都是在地球上而言。

太空中有着与地球完全不同的环境,我们所熟悉的液态水也不会像在地球上那样稳定。

如果你在地球上倒一桶水,结果是显而易见的:它洒在了地上,即使是从飞机上倒,结果也是一样的。

那如果在太空飞船上将一桶水倒在太空中,将会发生什么呢?

真空中最显著的特征有二个:一是真空,二是冷。从这两点出发,我们就可以解决上面这个问题。

水首先会沸腾

在我们的印象中,水只有烧开后才会沸腾,即高温加热才会沸腾,太空中的温度低至零下270多度,水怎么会沸腾?

其实,沸腾不只与温度有关,还与压强(大气压)有关,只要压强足够小即使温度很低水也能沸腾。

沸腾的本质是所有水分子开始向空气中逃逸,加热能使更多的水分具备可以逃逸的能量,这也是煮水的原理。

而大气压对水分子的逃逸起到阻止效果,因为空气也是有重量的,它会加压于水分子,让它不容易逃逸。

图为:压强和沸腾关系示意图

如果减小气压的话,水分子的逃逸就会变得容易很多,同时,需要施加于水分子的能量也会变小。

当大气压变得足够小甚至为零时,所有的水分子即使不需要加热也能轻松逃逸出去,太空中水正是属于这种情况。

反过来讲,这也可以解释为什么地球上绝大多数的水都以液态水的形式存在,就是因为地球有大气压。

零气压固然可以使水迅速沸腾,但极低的温度不是也可以使水结冰吗?为什么不是水先结冰呢?

根据水的相图来判断,太空中的水确实应该是以固态形式存在,但事实是水的沸腾要先于结冰一步。

之所以会这样是因为水分子变成气态要花费的时间远比变成固态要花费的时间少,显然水分子选择了更快的转变路径。

图为:水的相图

然后会结冰

水沸腾之后,上一秒“急于逃逸”的水分子再也“无法忍受”外太空的寒冷环境,纷纷冻结成了冰晶。

也就是说,倒在太空中的水先是迅速沸腾变成水蒸气,然后又立刻从水蒸气凝华成冰晶,这个结果是与水的相图一致的。

我们上面所说的太空中水的一系列变化在现实生活中是真正发生过的,最有代表性的应该是美国的航天飞机扔下的“神秘物体”。

图为:航天飞机上扔下的冰冻废液

2009年9月周三晚上,美国民众在天空发现了一个忽隐忽现的白色闪光物体,一位摄影师拍下了这一幕并将在社交平台发布。

在图片的配文中他写道,他刚刚发现了航天飞机上掉下了一片“巨大的羽毛”,这会是什么东西?是操作系统坏了?还是反推力系统坏了?或者这是一块巨大的破纪录的冰冻尿液?

随后美国宇航局女发言人向公众解释了这一现象,而结果也令大家捧腹大笑,因为她说这的确是航天飞机上抛下的废液,包括尿液,摄影师猜的真准!

这块冰晶因为反发射了太阳光才得以被人们注意到,但当太阳照射到它时,它会升华的无影无踪,这也是我们所假设的“那桶水”的命运。

图为:冰晶

泼水成冰

每年冬天,寒冷地球的的居民就开始玩起了一种叫“泼水成冰”的游戏,他们将水用力泼向天空,然后天空就出现了一道银光闪闪的弧线,好像下雪了一样!

泼水成冰很关键的一点是,必须要用热水,为什么呢?因为热水周围的水蒸气更容易结成“冰”(其实是水雾,温度不允许它成冰),而冷水“结冰”就比较缓慢了。

这跟向太空中倒一桶水有着太多的相似性,如果你在气温更低的地方泼出一杯热腾腾的开水,基本可以算是一次很完美的模仿了。

最后

太空中的水首先会沸腾可能是很多人没想到的,事实却的确是这样。从这件事也能看出来,压强对沸腾的影响要比温度更神奇。

即便如此,我们还是得老老实实通过加热冷水来获取热水,减小压强的事有点不切合实际,想想就可以了。

毕竟,谁愿意每天喝半冷不热的“热水”,烧连面条都煮不透的“开水”呢?

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