Astronomi

Dünya çevresindeki uzay sıcaklığı nedir?

Dünya çevresindeki uzay sıcaklığı nedir?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Dünya'nın Güneş'ten uzaklığında siyah bir cismin ulaşacağı denge sıcaklığı nedir?


Küresel bir kara cisiminiz olduğunu varsayalım.

Dünya'nın yarıçapındaki güneş akısı, $L/4pi d^2$ ile iyi bir yaklaşıklığa verilir, burada $d = 1$ au. Bu $f=1367.5$ W/m$^2$'dır (Yine de Dünya ile Güneş arasındaki mesafenin bir ortalama 1 au).

eğer bir kara cisim küre üzerine gelen tüm radyasyon olayını emer. Bunun olduğunu varsayarsak sadece Güneş'ten gelen radyasyon (yıldız ışığı ihmal edilebilir), ardından küresel kutupsal koordinatlardaki kolay bir entegrasyon bize vücudun $pi r^2 f$ W'yi soğurduğunu söyler, burada $r$ onun yarıçapıdır.

Daha sonra termal dengeye ulaşabilirse ve tüm yüzeyi aynı sıcaklıktaysa, emilen tüm bu gücü yeniden yayacaktır. Dolayısıyla $$pi r^2 f = 4 pi r^2 sigma T^4,$$ burada $T$ "kara cisim denge sıcaklığı"dır. Dolayısıyla $$ T = left( frac{f}{4sigma}sağ)^{1/4} = 278.6 K$$


Bu cevaplaması basit bir soru değil. Dünyanın manyetik alanının etkisinin dışında, o zaman "uzay" aslında yüksek nominal sıcaklığa sahip ancak düşük enerji yoğunluğuna sahip olan güneş rüzgarı ile doldurulur - başka bir deyişle güneş rüzgarındaki parçacıklar çok hızlı hareket eder ancak o kadar çok değildir. onlardan.

Siyah bir cismin sürekli güneş ışığında hangi sıcaklığa ulaşacağını kastediyorsanız, muhtemelen Dünya'nın sıcaklığından o kadar farklı değil, ancak o zaman uzayın sıcaklığını değil, güneş ışınımının yoğunluğunu ölçüyorsunuz.


Uzay Plazması Nedir ve Dünya Onu Nasıl Kullanabilir?

Evren uzay plazmasından mı oluşuyor? Uzay plazması nedir? Maddenin dördüncü hali hakkında daha fazla bilgi edinmek için okumaya devam edin.

Bilim adamları, uzay plazmasını maddenin katı, sıvı ve gazdan sonraki dördüncü hali olarak adlandırır. Tanım olarak, uzay plazması, partiküllerin belirli bir bölümünün iyonize olduğu gaza benzer bir madde halidir. Plazmalar Güneş Sistemi'nde ve ötesinde bulunur: Güneş koronasında ve güneş rüzgarında, Dünya'nın ve diğer gezegenlerin manyetosferlerinde, kuyruklu yıldızların kuyruklarında, yıldızlar arası ve galaksiler arası medyada ve kara deliklerin etrafındaki yığılma disklerinde. . Ayrıca Dünya'da bir nükleer füzyon reaktörünün içinden mum alevine kadar değişen plazmalar da var. (University College Of London, 2019) Bilim adamları, bu bilgileri nükleer enerji üreticilerine uygulayabilmek için plazma hakkında mümkün olduğunca çok şey öğrenmek istiyorlar.


Peki ne kadar soğuk olabilir?

Tamamen sıfır

Teorik olarak, evrendeki mümkün olan en soğuk sıcaklık Tamamen sıfır, -273.15 o C (-459.67 o F) veya sadece 0 Kelvin'dir. Bununla birlikte, pratik olarak konuşursak, bir maddenin Mutlak Sıfır sıcaklığına ulaşması imkansızdır. Bir moleküldeki tüm kinetik enerji, yani titreşimleri duracaktır, bu nedenle Mutlak Sıfır sıcaklığında daha fazla ısı akamaz.

Birçok fizikçi, tüm kariyerlerini lazerler ve manyetik alanlar kullanarak şeyleri Mutlak Sıfır sıcaklığına soğutmaya çalışarak geçirdi, ancak gerçekten başarılı olmadılar. Bunun nedeni, Mutlak Sıfır'da klasik fizik yasalarının geçerliliğini yitirmesi ve kuantum mekaniğinin çok daha yaygın hale gelmesidir. Aslında, kuantum mekaniğinin temel yasaları, herhangi bir nesnenin Mutlak Sıfır sıcaklığına ulaşmasını yasaklar. Bunu neden yasakladığını anlamak için Heisenberg ilkelerini içeren karmaşık matematiksel işlemler gerekir ki bunu başka bir makaleye bırakacağız.


Ders Planı - Alın!

Gökyüzüne çıkabilseydin, uzaya ulaşman ne kadar sürerdi? Yolculuk nasıl olurdu? Hatta hayatta kalır mısın? Öğrenmek için okumaya devam edin!

Dünyayı çevreleyen ince bir hava tabakası vardır. Bu hava bizim atmosfer. Hava belirli bir şey değildir - Dünya'yı çevreleyen gazların karışımıdır. Gazın çoğu nitrojen (%78) veya oksijendir (%21). Diğer %1 ise argon (%0.9), karbondioksit (%0.03) ve eser miktarda neon, helyum, metan, su buharı, kripton, hidrojen ve ksenon karışımıdır. Bulunduğunuz yere ve yılın zamanına bağlı olarak hava polen de içerebilir.

Hava, atmosfer boyunca eşit olarak dağılmamıştır. Dünya yüzeyinden yukarı doğru seyahat edecek olsaydınız, yükseldikçe daha az hava olurdu. Neden?

Yerçekimi hava moleküllerini Dünya'ya doğru çeker, bu da "en kalın" havanın Dünya yüzeyinin hemen üzerinde olduğu anlamına gelir. Yukarı doğru hareket ederken ve yükseklik arttıkça hava giderek incelir.

Oksijen molekülleri de dahil olmak üzere yüksek rakımlarda daha az hava molekülü vardır. Bu, yüksek irtifalarda nefes almayı zorlaştırır. Aşırı dağcılar, hava çok inceldiğinde ve artık normal solunum yoluyla yeterli oksijeni alamadıklarında kullanmak üzere oksijen tankları getirirler.

Hava basıncı hakkında daha fazla bilgi edinmek için, altında bulunan Elephango dersine göz atın. Ek kaynaklar sağ kenar çubuğunda.

Atmosferimiz farklı katmanlara ayrılmıştır. Bazen yukarı doğru hareket ettikçe sıcaklık artar, bazen azalır. Sıcaklık değişimi her yön değiştirdiğinde, ayrı atmosferik katmanlar arasındaki sınırı işaretler.

Yüzeyden başlayalım ve her katmana birer birer bakalım. Çok fazla bilgi öğreneceğiz, bu yüzden notlarınızı düzenlemenin bir yolunu bulmalısınız. yazdır Atmosferik Katmanlar Not Sayfası altında bulundu İndirilebilir Kaynaklar sağ taraftaki çubukta ve okurken doldurun.

Katman 1: Troposfer

Troposfer yer seviyesinde başlar ve yaklaşık 10 km'ye (yaklaşık 6 mil veya 33.000 fit) kadar uzanır. Troposfer boyunca yukarı doğru hareket ederken, sıcaklık sürekli olarak azalır. Bu nedenle dağ zirveleri gibi yüksek noktalarda kar bulunur.

Troposfer, atmosferimizdeki su buharının neredeyse tamamını içerir. Bu, bulutların ve havanın yalnızca troposferde var olduğu anlamına gelir.

Troposferin tepesinde, troposfer ile bir sonraki katman arasındaki sınır olan tropopoz adı verilen bir bölüme ulaşıyoruz. Tropopozda, sıcaklık nihayet -60°F (-15°C) civarında azalmayı durdurur ve bir sonraki katmana, yani stratosfere girerken artmaya başlamadan önce oldukça sabit kalır.

Katman 2: Stratosfer

Stratosfer, troposferin bittiği yerde başlar ve Dünya'nın yaklaşık 50 km (31 mil) üzerine kadar uzanır.

Stratosferde yukarı doğru hareket ederken, sıcaklık artık azalmak yerine artıyor. Yine de çok ısınmaz ve donma noktasının (0°C, 32°F) üzerine çıkmadan hemen önce sıcaklık artışı durur. Çoğu ticari uçak için çok yüksek olmasına rağmen, troposferde bulunan hava sistemlerinden kaçınmak için büyük jetler stratosferde uçabilir.

Stratosfer nispeten sakindir, çünkü altta zaten soğuk ve üstte sıcaktır, bu nedenle çok fazla konveksiyonel hava hareketi yoktur. Ne yazık ki, atmosfere salınan kirleticilerin neredeyse durgun stratosferde uzun süre kalmalarının nedeni de budur. Bu daha da kötü çünkü stratosfer ozon tabakamızın bulunduğu yerdir. Ozon tabakası -tahmin ettiniz-- ozondan (O3). Ozon bizi güneşin en zararlı ışınlarından bazılarından korur.

Stratosferin tepesine (stratopoz) ulaştığımızda, hava şimdi Dünya yüzeyinden yaklaşık 1000 kat daha incedir.

Katman 3: Mezosfer

Mezosfer, Dünya'nın yaklaşık 50 km (31 mil) ile yaklaşık 85 km (53 mil) üzerinde bulunur. Mezosfer boyunca yukarı doğru hareket ederken, sıcaklık bir kez daha düşer. Mezosfer hakkında pek bir şey bilinmiyor çünkü uçakların ve hatta hava balonlarının ulaşamayacağı kadar yüksek. Uydular bile bize çok fazla bilgi veremezler çünkü mezosferin üzerinde Dünya'nın yörüngesinde dolanırlar ve bu gizemli katmandaki koşulları doğrudan ölçemezler.

Aksi takdirde Dünya'ya çarpacak olan çoğu meteor, bunun yerine mezosferde buharlaşır. Bu katmanda bazı meteor parçaları kalır, bu da bu katmanın biraz daha yüksek metal konsantrasyonuna sahip olmasına neden olur. Mezosferin tepesinde, atmosferimizin dördüncü katmanı olan termosfere girmeden önce mezopoza ulaşıyoruz.

Katman 4: Termosfer

Termosfer, Dünya üzerinde yaklaşık 90 km (56 mil) ile 500 ila 1.000 km (311 ve 621 mil) arasında uzanır. "Uzay" resmi olarak bu katmanda 100 km (62 mil) yükseklikte başlar. Yolculuğumuzda bu noktaya ulaşmak için otoyol hızında yaklaşık bir saatlik sürüş yeterliydi!

Termosfer gündüzleri çok sıcak, geceleri ise soğuktur. Burada hava yoğunluğu o kadar düşüktür ki termosferin çoğu teknik olarak uzayın bir parçası olarak kabul edilir. Güneş özellikle aktif olduğunda, termosfer daha fazla X-ışını ve UV radyasyonu emmek için şişer.

Aşırı sıcaklıklar nedeniyle, insanların termosferde herhangi bir zaman geçirmesine izin vermek zor olurdu, ancak burası çoğu uydunun Dünya yörüngesinde döndüğü yerdir. Uydular, küresel konumlandırma verileri (GPS), radyo ve TV sinyalleri ve hatta hava durumu ölçümlerini Dünya'ya geri göndermek dahil olmak üzere çeşitli amaçlar için kullanılır.

Termosfer aynı zamanda Dünya'nın kuzey ve güney ışıkları olan aurora'ya da ev sahipliği yapar. Bu ışıklar, uzaydan gelen yüklü parçacıklar moleküller ve atomlarla çarpıştığında üretilir. Bu, parçacıkları daha yüksek bir enerji durumuna gönderir ve sonra bu ekstra enerji, gördüğümüz ışık olarak yayılır.

Katman 5: Ekzosfer

Ekzosfer, son atmosferik katmanımızdır. Burada hava o kadar incedir ki, uzaydaki koşullarla neredeyse aynıdır. Ekzosferin tabanı (ve termosferin tepesi) termopoz veya ekzobaz olarak adlandırılır ve gezegenimizin yaklaşık 1.000 km (620 mil) üzerinde bulunur.

Bu katmanda pek bir şey olmuyor. Uluslararası Uzay İstasyonu (ISS) bile ekzosferin altında dönüyor. Gaz parçacıkları o kadar uzağa yayılır ki nadiren çarpışırlar, bunun yerine zamanlarını amaçsızca ve rahatsız edilmeden yüzerek geçirirler.

Ekzosferin tepesini belirlemek zordur çünkü yavaş yavaş uzaya doğru kaybolur. Bazı bilim adamları, ekzosferin aslında atmosferimizin bir parçası olduğunu ve termosferin en üst katman olması gerektiğini düşünmüyor bile. Bununla birlikte, çoğu bilim adamı, ekzosferi atmosferik bir katman olarak dahil eder.

Kullan Exosphere T-grafiği altında bulundu İndirilebilir Kaynaklar düşüncelerinizi düzenlemek için sağ kenar çubuğunda. Grafiğin bir tarafında, ekzosferin neden bir atmosfer katmanı olarak kabul edilmesi gerektiğinin nedenlerini listeleyin. Diğer tarafta, karşı nedenleri listeleyin.

tamamladığınızda Exosphere T-grafiği, devam et Anladım? atmosferimizi düzenlemek için bölüm!


Uzay ne kadar soğuk?

Dünyadan dünyaya, yıldızdan yıldıza, galaksiler arası uzayın körfezlerine seyahat edebilseydiniz, yıldızların sıcaklığından boşluğun uçsuz bucaksız ve soğuk derinliklerine giderdiniz.

Bir kazak alsan iyi olur, soğuyacak.

Ama ne kadar soğuk? Uzay ne kadar soğuk?

Evinizin, arabanızın veya yüzme havuzunuzun aksine, uzay boşluğunun sıcaklığı yoktur.

Peki uzay ne kadar soğuk? Bu saçma bir soru. Sadece bir kaya veya astronot gibi uzaya bir şey koyduğunuzda sıcaklığı ölçebilirsiniz.

Isının aktarabileceği üç yol olduğunu unutmayın: iletim, taşınım ve radyasyon.

Metal bir çubuğun bir tarafını ısıtın, diğer tarafı da ısınacaktır, bu da iletimdir. Dolaşan hava, ısıyı odanın bir tarafından konveksiyon olan diğerine aktarabilir. Ama uzayın boşluğunda, ısıyı aktarabilmesinin tek yolu radyasyondur.

Enerji fotonları bir nesne tarafından emilir ve onu ısıtır. Aynı zamanda fotonlar da yayılıyor.

Nesne yaydığından daha fazla foton soğuruyorsa ısınır. Ve eğer emdiğinden daha fazla foton yayarsa, soğur.

Bir nesneden daha fazla enerji çekemeyeceğiniz teorik bir nokta vardır, bu olası minimum sıcaklık mutlak sıfırdır. Birazdan göreceğimiz gibi, oraya asla gidemezsiniz.

Gezegenin yörüngesindeki Uluslararası Uzay İstasyonu'ndaki evimize yakından bakalım.

Uzayda bir parça çıplak metal, sürekli güneş ışığı altında iki yüz altmış (260) santigrat dereceye kadar ısınabilir. Bu, istasyonun dışında çalışmak zorunda olan astronotlar için tehlikelidir.

Çıplak metali işlemeleri gerekiyorsa, kendilerini korumak için özel kaplamalara veya battaniyelere sararlar.

Yine de, gölgede bir nesne -100 santigrat derecenin altına kadar soğuyacaktır.

Astronotlar, Güneş'e bakan taraf ile gölgede kalan taraf arasında büyük sıcaklık farkları yaşayabilirler. Uzay giysileri, ısıtıcılar ve soğutma sistemleri kullanarak bunu telafi ediyor.

Biraz daha konuşalım. Güneş'ten uzaklaştıkça uzaydaki bir cismin sıcaklığı düşer.

Plüton'un yüzey sıcaklığı, mutlak sıfırın sadece 33 derece üzerinde, -240 Santigrat'a kadar düşebilir.

Galaksimizin içindeki yıldızlar arasındaki gaz ve toz bulutları, mutlak sıfırın sadece 10 ila 20 derece üzerindedir.

Ve Evrendeki her şeyden çok uzağa seyahat ederseniz, asla minimum 2,7 Kelvin veya -270,45 Santigrattan daha düşük olamazsınız.

Bu, tüm Evrene nüfuz eden kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunun sıcaklığıdır.

Boşlukta? Olabildiğince soğuk.

Daha fazla kaynak mı istiyorsunuz? Astronomy Cast'in sıcaklıkla ilgili bir bölümünü kaydettik.


Astronomi QZ08

radyoaktivite, uranyumun bozunmasından çekirdekte metaller yarattı.

metaller, iç kısmın baştan aşağı eridiği bir dönemde merkeze battı.

iletim farklılaşması yığılması

iletim konveksiyon patlaması

yığılma farklılaşması radyoaktivite

meteorlar ve güneş sistemi enkazları tarafından sık sık çarpılır.

yüksek iç sıcaklıklara sahiptir.

manto ve litosferin sıkışmasına neden olan konveksiyon hücrelerinin mantodaki dolaşımı

asteroitlerin ve gezegenlerin etkileri

litosferi büken ve kıran ağır volkanlar üreten volkanizma

jeolojik özelliklerin rüzgar, su ve buz ve diğer gezegen hava olaylarıyla aşınması

bir gezegenin yüzeyinin iç streslerle bozulması

bir gezegenin yüzeyine çarpan asteroitler veya kuyruklu yıldızlar tarafından çanak şeklindeki çöküntülerin kazılması


Uzay ve Yer Bilimi Arasındaki İlişki Nedir?

Yer bilimi, jeoloji, oşinografi, meteoroloji ve astronominin dört ana alanını kapsar. Bu alanların her biri, Dünya üzerindeki yaşamı farklı şekillerde etkiler. Bazen uzay bilimi olarak da adlandırılan astronomi, diğer gezegenler, yıldızlar, güneş ve ay ve diğer güneş sistemleri gibi Dünya atmosferinin dışındaki şeylerin incelenmesidir. Uzay ve yer bilimi, başta gezegen sıcaklığı ve okyanus gelgitleri olmak üzere çeşitli şekillerde ilişkilidir. Asteroitler ve diğer uzay enkazları, atmosfere girdiklerinde Dünya'daki yaşamı daha fazla etkileyebilir.

Dünyadaki yaşam bir boşlukta oluşmaz. Uzay ve yer bilimi arasındaki ilişki, hayvanların ve bitki örtüsünün desteklenmesi için kritik öneme sahiptir. Örneğin mevsimler, Dünya'nın Güneş etrafındaki yörüngesi boyunca konumuna göre belirlenir. Aynı şekilde, günler ve geceler de Dünya'nın kendi ekseni etrafındaki dönüşü tarafından belirlenir. Güneş'ten gelen ışık ve enerji olmadan, insanlığın mahsul yetiştirme, hayvan yetiştirme ve hatta belirli coğrafi bölgelerde hayatta kalma yeteneği olmazdı.

Benzer şekilde, uzay ve yer bilimi daha da bağlantılıdır çünkü ay okyanus gelgitlerini etkiler. Dünya döndükçe, ayın yerçekimi ile doğrudan rekabet eden bir merkezkaç kuvveti yaratır. Yüksek gelgit ve düşük gelgit, Ay'ın yerçekimi kuvvetine kıyasla, Dünya'nın günlük dönüşünde nerede olduğu ile belirlenir. Dünya'nın bir alanı doğrudan ay ile aynı hizada olduğunda, gezegenin hangi tarafının aya baktığına bağlı olarak ya aydan gelen yerçekimi ya da Dünya'nın merkezkaç kuvveti yüksek gelgit yaratır. Diğer alanlar aynı zamanda düşük gelgit yaşar.

Uzay ve yer bilimi arasındaki ilişkiler, asteroitler Dünya'ya yaklaştığında veya meteorlar karaya çarptığında tekrar görülür. Bilim adamları, dinozorlar da dahil olmak üzere tarih öncesi yaşamın çoğunun yok olmasından büyük bir göktaşının sorumlu olduğuna inanıyor. Daha pek çoğu, başka bir büyük göktaşının Dünya'ya çarpma olasılığının yüksek olduğuna inanıyor. Böyle bir meteorun olası boyutu ve dünyadaki yaşam üzerindeki etkisi ile ilgili sorular, uzay biliminin tüm alt uzmanlığını kapsayan çok sayıdadır.

Araştırmacılar ve bilim adamları, uzay ve yer biliminin nasıl ilişkili olduğuna dair daha derin bir anlayış elde etmek için genellikle astronomiyi inceler. Bilim adamları, gök cisimlerinin, gezegenlerin, yerçekiminin ve diğer kuvvetlerin bölgesel iklimleri, hava durumunu, okyanus gelgitlerini ve Dünya'daki yaşamın benzer yönlerini nasıl etkilediğini anlayarak, insanlığı etkileyecek değişiklikleri ve büyük olayları tahmin edebilirler. Gökbilimciler, jeologlar, meteorologlar ve oşinograflar, insanın Dünya'nın nasıl çalıştığına ve Evrene nasıl uyduğuna dair anlayışını daha da genişletmek için öğrenilen bilgileri tipik olarak paylaşırlar.


Dünya çevresindeki uzay sıcaklığı nedir? - Astronomi

Uzayda ne kadar soğuk? Bu soru, aramızdaki inekleri “2.7K” ile bağlantı kurmaya sevk edecek. 2,7 Kelvin veya mutlak sıfırın 2,7 derece üzerinde, Büyük Patlama'dan gelen düzgün arka plan radyasyonu veya "ardışık ışıma" tarafından üretilen sıcaklıktır.

Ama dayan. Açıkçası, Dünya atmosferinin dışına çıktığınız anda o kadar düşük sıcaklıklara ulaşmıyorsunuz. Isı, Dünya'yı ısıtmak için Güneş'ten akıyor ve ayrıca ışınlarına maruz kalan diğer nesneleri de ısıtacak. İşleri karmaşıklaştıracak neredeyse hiçbir atmosferi olmayan Ay'ı ele alalım. Güneşli tarafta Ay, Sahra'dan daha sıcaktır - 120C'yi (248F) aşabilir. Ancak karanlık tarafta eksi 170C (–338F) civarına düşebilir.

Öyleyse kendi kozmik mahallemizde hava ne kadar soğuk olabilir? Bu boş bir soru değil. Oraya uzay aracı göndermeyi düşünüyorsanız, bırakın insanları, cevabı bilmeniz gerekiyor. Ayrıca, uzayda düşük sıcaklıklı fizik deneyleri yapmak istiyorsanız, tam olarak o kadar soğuk olduğunu düşündüğünüz için cevabı bilmeniz gerekir.

Tabii ki, parçacık davranışını atomik düzeyde incelemek istiyorsanız, Dünya üzerinde düşük sıcaklıklı fizik deneyleri yapabilirsiniz - sıvı-helyum soğutucu, laboratuarda 4K'nın (–269C/-452F) altında sıcaklıklar gönderir ve bazı deneyler mutlak sıfırın bir kelvin'inin sadece birkaç milyarda birine geldi. Ancak bazı planlı çalışmalar da sıfır yerçekimi gerektirir. Bunu Dünya'da serbest düşüşlü uçuşlarda kısa bir süre için elde edebilirsiniz, ancak birkaç saniyeden daha uzun bir süre uzaya gitmeniz gerekir.

MAQRO adı verilen böyle bir deney, kuantum teorisinin temel özelliklerini test etmeyi ve belki de kuantum yerçekimi resminde ince etkileri aramayı umuyor - fizikçilerin şimdiye kadar yalnızca en puslu terimlerle görebildiği bir şey. MAQRO'nun arkasındaki bilim adamları, testlerin çalışması için ekipmanı taşıyan bir uzay gemisinde yeterince soğumanın gerçekten mümkün olup olmayacağını şimdi araştırdılar.

MAQRO geçen yıl Viyana Üniversitesi'nden Rainer Kaltenbaek ve Markus Aspelmeyer ve onların işbirlikçileri tarafından önerildi. Deney, kuantum teorisindeki en derin bulmacalardan birini incelemeyi amaçlıyor: elektronlar ve atomlar gibi temel parçacıkları yöneten kurallar nasıl veya neden yerini gündelik dünyanın "klasik" fiziğine bırakıyor? Kuantum parçacıkları neden bazen dalgalar gibi davranırken futbol topları yapmıyor?

Hiç kimse bu sözde kuantumdan klasiğe geçişi tam olarak anlamıyor. Ancak en sevilen açıklamalardan biri, uyumsuzluk adı verilen bir fikri çağrıştırıyor; bu, aslında bir sistemin kuantum davranışının, çevrenin yıkıcı etkileri nedeniyle karmakarışık olduğu ve nihayetinde silindiği anlamına geliyor. Bu etkiler, sistem ne kadar çok parçacık içerirse o kadar güçlenir, çünkü o zaman çevrenin müdahale etmesi için daha fazla seçenek vardır. Görülebilecek kadar büyük, sayısız trilyonlarca atom içeren nesneler için, kuantum etkilerini klasik davranış lehine yıkayarak anında gerçekleşir.

Bu resimde, ne kadar büyük olursa olsun, herhangi bir sistemde, onu çevresinden mükemmel bir şekilde izole edebilseydiniz, “kuantumluğu” korumak mümkün olmalıdır. Prensip olarak, futbol topları bile dalga-parçacık ikiliği gösterecek ve aynı anda iki durumda veya iki yerde var olabilecektir. Ancak henüz spekülatif ve test edilmemiş olan bazı teoriler, belki de hala anlaşılması zor bir kuantum kütleçekim teorisi hakkında bir şeyler açığa çıkaracak etkilerden dolayı, büyük, büyük nesnelerdeki bu garip davranışı başka bir şeyin engelleyeceği konusunda ısrar ediyor.

Dolayısıyla MAQRO için riskler büyük olabilir. Deney aygıtının kendisi çok egzotik olmazdı. Kaltenbaek ve meslektaşları, "büyük" bir parçacığı (yaklaşık bir mikrometrenin onda biri kadar) aynı anda iki kuantum durumuna yerleştirmek için lazer ışınlarını kullanmayı ve süperpozisyon adı verilen lazerleri kullanmayı ve ardından uyumsuzluğun bu süperpozisyonu nasıl yok ettiğini (ya da değil) lazerlerle araştırmayı öneriyorlar. ). Aygıtın çok soğuk olması gerekirdi çünkü çoğu kuantum etkisinde olduğu gibi ısı, hassas bir üst üste binmeyi bozardı. Ve deneyi bir uzay aracında sıfır yerçekiminde gerçekleştirmek, yerçekiminin kuantumdan klasike geçişte gerçekten bir rol oynayıp oynamadığını gösterebilir. Hepsini bir uzay aracına koymak, hayal edebileceğiniz gibi çevreden mükemmel bir izolasyona yakın olacaktır.

Ancak şimdi Kaltenbaek ve meslektaşları, Almanya'nın Friedrichshafen kentindeki önde gelen Avrupa uzay teknolojisi şirketi Astrium Satellites'teki araştırmacılarla işbirliği içinde, aparatın gerçekten ne kadar soğuk olabileceğini araştırdı. Disk şeklindeki bir uzay aracının arkasına tüm deneysel bileşenlerle birlikte bir disk ve onu Güneş'ten koruyan birkaç ısı yalıtımı katmanı daha yapıştırmayı hayal ediyorlar. Bu nedenle, uzay aracının ana gövdesi, işletim ekipmanının gerektirdiği yaklaşık 300K'da (27C/80F) tutulacak olsa da, tezgah çok daha soğuk olabilir.

Ama ne kadar? Araştırmacılar, uzay aracının ana diski ile tezgah arasındaki üç termal kalkanla, tezgahın kendi sıcaklığını 27K'ya (–246C/–411F) düşürmenin mümkün olacağını hesaplıyorlar. Isınmanın çoğu, tezgahı tutan payandalardan ve ana diske kalkanlardan gelirdi.

MAQRO deneyinin iyi çalışması için bu gerçekten yeterince soğuk değil. Ancak test parçacığının kendisi, tezgahın üzerindeki boş alanda tutulacak ve bu daha soğuk olacaktır. Kendi başına 8K'ya (–265C/–445F) ulaşabilir, ancak etrafındaki diğer tüm deneysel bileşenlerle, tüm yayılan ısıyla, 16K'ya (–257C/–430F) ulaşır. Bunun, halihazırda içsel kütlenin (belki de yerçekimi yoluyla) büyük bir nesnede uyumsuzluğu zorunlu kılacağını öne süren tüm büyük teoriler için öngörülen uyumsuzluk oranlarını test etmek için yeterli olacağını hesapladılar. Diğer bir deyişle, MAQRO bu modellerin yanlış olup olmadığını anlayabilecek kadar soğuk olmalıdır.

Deney, dışlanmayan herhangi bir teori arasında ayrım yapabilir mi? Bu da görülmesi gereken başka bir konu. Ancak kuantum mekaniğinde boyutun önemli olduğunu bilmek büyük bir bulgu olacaktır. Tabii ki daha büyük soru, herhangi birinin MAQRO'yu - uzay bilimi ilerledikçe ucuz bir deneyi - denemeye değer olup olmayacağıdır.

Bu makale veya Future'da gördüğünüz herhangi bir şey hakkında yorum yapmak isterseniz, sayfamıza gidin. Facebook Sayfası veya bize mesaj atın heyecan.


Radyasyon Yasaları

Sıcaklık ve elektromanyetik radyasyon arasındaki ilişkiyi daha nicel olarak anlamak için, idealize edilmiş bir nesne hayal ediyoruz. kara cisim. Böyle bir nesne (süveterinizin veya astronomi hocanızın kafasının aksine) herhangi bir radyasyonu yansıtmaz veya dağıtmaz, üzerine düşen tüm elektromanyetik enerjiyi emer. Emilen enerji, içindeki atomların ve moleküllerin artan hızlarda titreşmesine veya hareket etmesine neden olur. Isındıkça, bu nesne absorpsiyon ve radyasyon dengede olana kadar elektromanyetik dalgalar yayacaktır. Böyle idealize edilmiş bir nesneyi tartışmak istiyoruz çünkü göreceğiniz gibi, yıldızlar hemen hemen aynı şekilde davranırlar.

Bir kara cisimden gelen radyasyon, Şekil 3'te gösterildiği gibi çeşitli özelliklere sahiptir. Grafik, farklı sıcaklıklardaki nesneler tarafından her dalga boyunda yayılan gücü gösterir. Bilimde, kelime güç saniyede çıkan enerji anlamına gelir (ve tipik olarak watt, muhtemelen ampul satın alırken aşina olduğunuz).

Şekil 3: Gösterilen Radyasyon Kanunları. Bu grafik, dört farklı sıcaklıktaki nesneler için her dalga boyunda kaç tane foton verildiğini keyfi birimlerde gösterir. Görünür ışığa karşılık gelen dalga boyları, renkli bantlarla gösterilir. Daha yüksek sıcaklıklarda, tüm dalga boylarında daha fazla enerji (foton şeklinde) yayıldığını unutmayın. Sıcaklık ne kadar yüksek olursa, en yüksek enerji miktarının yayıldığı dalga boyu o kadar kısa olur (bu, Wien yasası olarak bilinir).

Her şeyden önce, eğrilerin, her sıcaklıkta, kara cisim nesnemizin tüm dalga boylarında (tüm renklerde) radyasyon (fotonlar) yaydığını gösterdiğine dikkat edin. Bunun nedeni, herhangi bir katı veya daha yoğun gazda, bazı moleküllerin veya atomların titreşmesi veya çarpışmalar arasında ortalamadan daha yavaş hareket etmesi ve bazılarının ortalamadan daha hızlı hareket etmesidir. Dolayısıyla yayılan elektromanyetik dalgalara baktığımızda, geniş bir enerji ve dalga boyu aralığı veya spektrumu buluruz. Ortalama titreşim veya hareket hızında (her eğrinin en yüksek kısmı) daha fazla enerji yayılır, ancak çok sayıda atom veya molekülümüz varsa, her dalga boyunda bir miktar enerji algılanır.

İkincisi, daha yüksek sıcaklıktaki bir nesnenin tüm dalga boylarında daha soğuk olandan daha fazla güç yaydığına dikkat edin. Örneğin, sıcak bir gazda (Şekil 3'teki daha uzun eğriler), atomlar daha fazla çarpışmaya sahiptir ve daha fazla enerji yayar. Yıldızların gerçek dünyasında bu, daha sıcak yıldızların her dalga boyunda daha soğuk olanlardan daha fazla enerji yaydığı anlamına gelir. yıldızlar.

Üçüncüsü, grafik bize sıcaklık ne kadar yüksek olursa, maksimum gücün yayıldığı dalga boyunun o kadar kısa olduğunu gösterir. Daha kısa bir dalga boyunun daha yüksek bir frekans ve enerji anlamına geldiğini unutmayın. O halde, sıcak nesnelerin, soğuk nesnelerden daha kısa dalga boylarında (daha yüksek enerjilerde) enerjilerinin daha büyük bir kısmını yaymaları mantıklıdır. Bu kuralın örneklerini günlük yaşamda gözlemlemiş olabilirsiniz. Elektrikli ocaktaki bir brülör düşük açıldığında, yalnızca kızılötesi radyasyon olan ancak görünür ışıkla parlamayan ısı yayar. Brülör daha yüksek bir sıcaklığa ayarlanırsa donuk kırmızı renkte yanmaya başlar. Daha da yüksek bir ayarda, daha parlak turuncu-kırmızı (daha kısa dalga boyu) yanar. Sıradan sobalarla ulaşılamayan daha yüksek sıcaklıklarda metal parlak sarı hatta mavi-beyaz görünebilir.

Bu fikirleri, yıldızların sıcaklıklarını ölçmek için kaba bir tür “termometre” bulmak için kullanabiliriz. Birçok yıldız, enerjilerinin çoğunu görünür ışıkta verdiği için, bir yıldızın görünümüne hakim olan ışığın rengi, sıcaklığının kabaca bir göstergesidir. Bir yıldız kırmızı, diğeri mavi görünüyorsa, hangisinin sıcaklığı daha yüksektir? Mavi daha kısa dalga boylu renk olduğu için daha sıcak bir yıldızın işaretidir. (Bilimde farklı renklerle ilişkilendirdiğimiz sıcaklıkların sanatçıların kullandıkları ile aynı olmadığını unutmayın. Sanatta kırmızıya genellikle “sıcak” renk ve maviye “soğuk” renk denir. musluk veya klima kontrollerinde kırmızı, sıcak sıcaklıkları, mavi ise soğuk sıcaklıkları gösterir. Bunlar günlük hayatta, doğada bizim için yaygın kullanımlar olsa da, tam tersidir.)

Bir yıldızın her dalga boyunda ne kadar enerji yaydığını ölçerek ve Şekil 3'teki gibi diyagramlar oluşturarak daha kesin bir yıldız termometresi geliştirebiliriz. Her yıldızın güç eğrisindeki tepe noktasının (veya maksimumun) konumu bize onun sıcaklığını söyleyebilir. Gördüğümüz radyasyonun yayıldığı Güneş'in yüzeyindeki ortalama sıcaklık 5800 K olarak çıkıyor. (Bu metin boyunca kelvin veya mutlak sıcaklık ölçeğini kullanıyoruz. Bu ölçekte su 273'te donuyor. K ve 373 K'da kaynar. Tüm moleküler hareket 0 K'da sona erer. Çeşitli sıcaklık ölçekleri Bilimde Kullanılan Birimlerde açıklanmıştır.) Güneş'ten daha soğuk yıldızlar ve Güneş'ten daha sıcak yıldızlar vardır.

Maksimum gücün yayıldığı dalga boyu denkleme göre hesaplanabilir.

burada dalga boyu nanometre (metrenin milyarda biri) ve sıcaklık K cinsindendir. Bu ilişkiye denir. Wien yasası. Güneş için, maksimum enerjinin yayıldığı dalga boyu 520 nanometredir ve bu elektromanyetik spektrumun görünür ışık adı verilen bölümünün ortasına yakındır. Diğer astronomik nesnelerin karakteristik sıcaklıkları ve güçlerinin çoğunu yaydıkları dalga boyları Tablo 1'de listelenmiştir.

Örnek 1: Bir kara cismin sıcaklığını hesaplama

Spektrumunun tepe yoğunluğunun dalga boyunu bilmemiz koşuluyla, bir yıldızın sıcaklığını hesaplamak için Wien yasasını kullanabiliriz. Bir kırmızı cüce yıldızdan yayılan radyasyon 1200 nm'de maksimum güce sahip bir dalga boyuna sahipse, bu yıldızın kara cisim olduğunu varsayarsak sıcaklığı nedir?


Videoyu izle: Uzayda Hava Kaç Derece? (Ocak 2023).