Вода на солнце: Есть ли на Солнце вода?

Сколько воды нужно, чтобы погасить Солнце

7 августа 2022

Жизнь

Спойлер: вам понадобится шланг побольше.

Статью можно послушать. Если вам так удобнее, включайте подкаст.

Допустим, у вас выдался нелёгкий денёк на работе. И вы, вернувшись вечером домой, вздохнули, взвесили все варианты и решили уничтожить человечество. Не стесняйтесь, у всех бывают такие мысли.

Однако к вопросу нужно подойти творчески. Ядерная война, нашествие зомби или новая пандемия бубонной чумы — это, конечно, здорово, но до жути банально. Лучше действовать наверняка, глобально — например, потушить Солнце. Обычной водой.

Протуберанец на Солнце. Изображение: NASA / SDO / AIA / Goddard Space Flight Center

Вы, естественно, знаете, что костёр можно залить водой. Жидкость при контакте с огнём испаряется, при этом охлаждая топливо. Когда температура последнего падает ниже температуры воспламенения, костёр гаснет. Прибавьте к этому то, что водяной пар вытесняет кислород из очага пожара и реакция горения без окислителя прекращается.

Но Солнце, как и все прочие звёзды, не горит в привычном нам понимании этого слова. Светило состоит из газа, раскалённого проходящими в его недрах процессами ядерного синтеза. Водород в Солнце из‑за огромного давления внешних слоёв превращается в гелий, при этом выделяется огромное количество энергии, газ раскаляется, и звезда светит.

Но мы всё-таки попробуем полить Солнце водой в качестве эксперимента — заодно узнаем, зашипит или нет.

Воды в космосе много — надо только знать, где искать. Существуют планеты, состоящие преимущественно из неё. Эти суперземли больше нашей многострадальной Земли, но меньше Урана. Хотя, учитывая состав таких небесных тел, их логичнее было бы именовать суперводами, но у учёных NASA своя атмосфера.

Gliese 1214 b рядом со своей звездой в представлении художника. Изображение: ESO / L. Calçada

Возьмём Gliese 1214 b. Она примерно в 2,7 раза больше нашей планеты и почти в семь раз тяжелее. На фоне Солнца, конечно, мелочь: оно весит в 332 940 раз больше, чем Земля. Но ничто не мешает нам прихватить десяток тысяч таких водяных миров и начать забрасывать ими звезду, чтобы посмотреть, как она отреагирует.

Физик Рэндалл Манро, автор книги «А что, если?.. Научные ответы на абсурдные гипотетические вопросы», рассказал, чем должен закончиться наш эксперимент. Когда мы будем заливать Солнце потоками h3O, оно и не подумает потухнуть — напротив, звезда начнёт гореть ярче.

Дело в том, что вода содержит водород, а он служит Солнцу топливом. По мере того, как вы будете подбавлять на светило жидкости, оно будет становиться больше и горячее.

С тем же успехом вы можете тушить пожар бензином.

Кстати, насчёт того, зашипит или нет: в вакууме нет вещества, которое могло бы проводить звуки, так что ответ отрицательный. Но если бы вы были способны улавливать ушами радиоволны, то слышали бы, как звучит Солнце. Учёные NASA и Стэнфордского университета перевели данные, собранные радиотелескопом SOHO, в приемлемый для людей аудиоформат. Получилось вот что.

Не страшно? Мы забыли упомянуть: чтобы получить полное представление, нужно, чтобы запись звучала 24 часа в сутки и 7 дней в неделю на громкости в 100 децибел — это как на рок‑концерте. Примерно так же, только громче, пшикало бы заливаемое Солнце, если бы мы могли его услышать. Хорошо, что не можем.

Итак, по мере заливания водой Солнце будет постепенно увеличиваться, а процессы, протекающие в нём, — меняться. Так, когда вы добавите в звезду столько жидкости, что она потяжелеет в 1,7 раза, водород‑гелиевый синтез в светиле поменяется на CNO‑цикл (углерод — азот — кислород).

Сколько воды для этого понадобится? 3,4 × 10³º литра, где‑то так. Физик из Западного Техасского университета Кристофер Бэрд объясняет, что, если удвоить массу Солнца, оно будет выделять в 16 раз больше энергии и сиять во столько же раз ярче. Свечение звезды при этом поменяется с жёлтого на голубоватое.

Жизнь на Земле сдует солнечным ветром вместе с атмосферой, а поверхность стерилизует рентгеновским и ультрафиолетовым излучением.

При этом срок жизни Солнца значительно сократится: несколько миллионов лет вместо ожидаемых 5,4 миллиарда. Потому что чем ярче звезда, тем быстрее она расходует ядерное топливо.

Это уже что‑то, но, как вы понимаете, ждать всё равно слишком долго. Поэтому продолжаем лить на Солнце воду.

Интересный факт — пятна на Солнце содержат пресную воду в виде пара, и её там куда больше, чем на Земле. NSO / NSF / AURA

Когда мы зальём столько жидкости, что светило станет весить примерно в 3,3 раза больше, начнётся что‑то интересное. Из‑за чересчур сильного давления внешних слоёв Солнце сколлапсирует в сингулярность, то есть станет чёрной дырой радиусом около 19,5 километра. Примерно такая чёрная дыра, самая маленькая из известных науке сейчас, находится в созвездии Возничего.

Тут можно прекратить лить жидкость. Нам ни к чему увеличивать чёрную дыру, потому что, поглощая материю, она в ответ щедро дарит нам рентгеновское излучение, а это лишнее.

Кроме того, на этом этапе сотрудники вашего муниципального департамента могут заподозрить, что что‑то не так, и перекрыть водоснабжение.

Итак, после того, как Солнце превратится в карликовую чёрную дыру, Земля начнёт остывать. Как подсчитал физик Марко Кирко из Корнельского университета, уйдёт примерно два месяца, чтобы последнее тепло с поверхности планеты улетучилось в космос.

Теперь вы можете вздохнуть спокойно: цель достигнута. Понадобилось всего‑то 6,6 × 10³º литров воды.

Читайте также 🧐

• 12 самых нелепых фейков о космосе
• 5 известных всем технологий, которых бы не существовало без освоения космоса
• 11 заблуждений о космосе, в которые не стоит верить образованным людям

СОЛНЦЕ, ВОЗДУХ И ВОДА | Наука и жизнь

Наука и жизнь // Иллюстрации

Зеркальная поверхность, хорошо отражающая свет, нагревается гораздо слабее, чем зачерненная.

Банка с горячей водой отдает тепло преимущественно через зачерненную стенку.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Свежее куриное яйцо тонет в пресной воде (а), всплывает в соленой (б) и повисает на границе между тяжелой соленой водой и легкой пресной (в).

Зависимость величины сухого (а) и жидкого (б) трения от скорости. При контакте двух сухих тел возникает сила трения покоя, препятствующая движению. Если внешняя сила больше ее по величине, тело начинает двигаться, причем сила трения практически не зависит

‹

›

Открыть в полном размере

Идет последний месяц весны. Солнце греет все сильнее, и синоптики обещают жаркое, солнечное лето. А пока благодатное время каникул и отпусков не наступило, проделаем несколько физических экспериментов, которые позволят со знанием дела подойти к летнему отдыху.

ЧЕРНОЕ ТЕЛО, ЗЕРКАЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ

Несложный опыт позволит оценить, насколько сильнее нагревается черная поверхность относительно зеркальной. Для этого понадобятся банка из-под любого напитка и уличный (а лучше — лабораторный) термометр (а еще лучше — два одинаковых).

Разрежьте банку и распрямите получившийся тонкий металлический листок. Сверните из него две трубки длиной 3-5 сантиметров и такого диаметра, чтобы в них свободно входил термометр. Обе трубки нужно свернуть зеркальной стороной листка наружу и закрыть пробкой с одного конца. Поверхность одной из них после изготовления закоптите в пламени свечи.

Положите трубки с вставленными в них термометрами на солнце и посмотрите, до какой температуры они нагрелись. По разнице температур можно судить, насколько больше тепла получило черное тело относительно зеркального. Количество полученного в обоих случаях тепла можно также измерить, причем довольно точно. Для этого понадобятся две консервные банки из белой жести (например, от консервированного молока). Одну отполируйте до зеркального блеска, другую закоптите. Налейте в них одинаковое количество воды, закройте пенопластовыми крышками, пропустив сквозь них термометры, и выставьте калориметр на солнце.

Количество полученного телом тепла Q связывает с величиной его нагрева на ∆t градусов простая зависимость:
Q = cm∆t, где c — удельная теплоемкость вещества тела, m — его масса. Теплоемкость воды хорошо известна, а ее массу можно найти взвешиванием или при помощи мензурки.

Убедиться, что черная поверхность не только сильнее нагревается, но и активнее
отдает тепло, поможет давно известный несложный опыт. Возьмите большую консервную
банку, закоптите только одну ее сторону и налейте в нее горячей воды. Поднесите
к ней руки, не касаясь стенок, и вы явственно почувствуете, что от черной поверхности
исходит гораздо больше тепла. Из этого можно сделать вывод: батареи центрального
отопления и прочие нагревающие поверхности следует красить в темные цвета.

ЗАКОН АРХИМЕДА

Погрузившись в воду, человек испытывает ни с чем несравнимое чувство легкости, доступное разве что космонавтам в условиях невесомости (кстати, во время тренировок на земле невесомость имитируют, погружая макеты блоков орбитальных станций и самих космонавтов в огромный бассейн). Чувство это появляется благодаря действию закона Архимеда — появлению выталкивающей силы со стороны жидкости на погруженное в нее тело. Ее величина равна весу жидкости в объеме погруженной части тела, а сама сила направлена вертикально вверх и приложена к центру тяжести объема. Возникает она из-за того, что нижняя и верхняя поверхности тела, расстояние между которыми ∆h, находятся на разной глубине и, следовательно, испытывают разное давление. Разность давлений ∆p = ρg∆h, где ρ — плотность жидкости, g — ускорение силы тяжести (их произведение — удельный вес жидкости), умноженная на площадь горизонтальных поверхностей тела S, дает величину выталкивающей силы F = ∆pS = ρg∆hS. Это — математическое выражение сформулированного выше закона Архимеда, поскольку объем погруженной части тела V = ∆hS, умноженный на удельный вес жидкости, и есть ее полный вес в указанном объеме.

Приведенное определение закона Архимеда не приравнивает выталкивающую силу к весу вытесненной телом жидкости, и неслучайно — такое определение не вполне корректно. Давление столба жидкости определяется только его высотой и не зависит от веса жидкости в нем. В этом состоит так называемый гидростатический парадокс. И если, скажем, опустить тело правильной формы объемом порядка литра в сосуд, размеры которого лишь немного больше, оно станет там плавать, вытеснив всего лишь несколько десятков миллилитров воды, а то и меньше (см. «Наука и жизнь» № 6, 1983 г.).

За счет гидростатического парадокса архимедова сила будет действовать, пока между нижней поверхностью тела и дном остается хотя бы тонкий слой жидкости. Если же он исчезнет, сила гидростатического давления прижмет тело ко дну и не даст ему всплыть. В такой драматической ситуации изредка оказывались подводные лодки, ложась на вязкий глинистый грунт. Наглядно продемонстрировать ее можно на парафиновой модели лодки с плоской нижней поверхностью, «прилипающей» ко дну аквариума.

Величина выталкивающей силы возрастает с увеличением плотности жидкости. В соленой морской воде на плаву держаться немного легче, чем в пресной: ее плотность на несколько процентов больше. И смертельно опасно купаться возле водопадов, водосбросов больших плотин и в водоемах с выходом подземных газов. Вода там насыщена пузырьками воздуха, ее плотность сильно уменьшается, и удержаться на поверхности нет никакой возможности.

Как влияет плотность воды на плавание, можно показать с помощью куриного яйца. Свежее яйцо тонет в пресной воде и плавает в соленой. В сосуд с пресной водой осторожно, по стенке, тонкой струйкой налейте крепкий раствор поваренной соли. Более тяжелый, он опустится на дно. Опущенное в сосуд яйцо станет плавать на границе раздела жидкостей. Через какое-то время граница начнет размываться вследствие диффузии, и яйцо станет либо подниматься, либо опускаться, в зависимости от установившейся концентрации соли.

ЛЕГКОЕ ДЫХАНИЕ И ВЕТЕР

Посмотрим, как влияет движение воздуха на ощущение тепла и холода. Опустите руку в тазик с холодной водой и подержите ее там, пока рука не замерзнет. Если теперь на мокрую кожу слегка подышать, рука согреется, а если дунуть посильнее — охладится еще больше.

Причина столь разного ощущения от, казалось бы, одинакового воздействия проста. В холодной воде кожа может остыть градусов до 15-ти. А выдыхаемый воздух имеет температуру тела — почти 37 градусов и поэтому воспринимается как очень теплый. В сильной же воздушной струе идут сразу два процесса. Во-первых, давление в потоке воздуха падает (см. «Наука и жизнь» №12, 2002 г.) и в него засасывается прохладный воздух комнаты. И во-вторых, интенсивный обдув мокрой кожи усиливает испарение воды с ее поверхности. На превращение одного грамма воды в пар требуется энергия, и немалая — 539 калорий, или 2260 джоулей. Эту теплоту испарения отдает, охлаждаясь, тело. Отсюда следует полезный вывод: выйдя из воды, не стойте на ветру, чтобы не простудиться из-за сильного переохлаждения.

СОПРОТИВЛЕНИЕ ЖИДКОСТИ

Двигаться в воде нелегко — она сопротивляется, причем характер ее сопротивления сильно отличается от законов сухого трения. Пока скорость невелика, сила сопротивления пропорциональна ее первой степени, и при уменьшении скорости до нуля сопротивление жидкости исчезает. Поэтому даже малая сила, воздействующая на плавающую в воде большую массу, способна не только сдвинуть ее с места, но и разогнать до вполне приличной скорости. Однако при этом сила сопротивления очень быстро начинает расти — как вторая степень скорости. Столь сложная зависимость объясняется тем, что при малых скоростях определяющую роль играет вязкость жидкости, а при больших — ее инерция. Жидкость перестает обтекать тело гладкими струями и не успевает смыкаться за ним, в потоке образуются вихри (см. «Наука и жизнь» № 12, 2002 г.). Кроме того, сила сопротивления жидкости сильно зависит от формы тела и площади его поперечного сечения: ладонь в воде гораздо легче вести, повернув ее ребром.

вода найдена на солнце

вода найдена на солнце

ВАТЕРЛОО, Онтарио. — Международная группа ученых, в том числе
Профессор химии Университета Ватерлоо убедительно продемонстрировал
что вода (фактически пар) существует на солнце,
подтверждая открытие, сделанное два года назад.

Команда использовала инновационный метод для расчета спектра воды на
температуры солнечных пятен. Метод будет полезен при моделировании систем с
обилие чрезвычайно горячих молекул воды, таких как лесные пожары.

Команду возглавил Олег Полянский, теоретик Российского института
прикладной физики; Нижний Новгород, который работает с соисследователем
Джонатан Теннисон, физик из Университетского колледжа Лондона; и УВ
химия профессор Питер Бернат, специалист в области молекулярной астрономии. Другая команда
среди участников были Серена Вити, физик из Университетского колледжа Лондона;
Николай Зобов, физик Университетского колледжа Лондона; и Ллойд Уоллес,
астроном из Национальной обсерватории Китт-Пик, Тусон, Аризона.

В своем исследовании 1995 года команда зафиксировала наличие воды, а не жидкости.
образуются потому, что солнце слишком жаркое, а в виде пара или пара — в темных солнечных пятнах.
Ученые сравнили лабораторный инфракрасный спектр горячей воды с
что солнечное пятно.

Вода в солнечных пятнах вызывает своеобразный «звездный парниковый эффект».
влияет на выход энергии солнечного пятна. Молекулы горячей воды также являются наиболее
важные поглотители инфракрасного излучения в атмосферах холодных звезд,
такие как «переменные красные гиганты».

В своем последующем исследовании, которое будет опубликовано сегодня в журнале Science,
Ученые исследовали спектр чрезвычайно горячей воды, такой как обнаруженная
в солнечных пятнах и в лаборатории. Горячая вода имеет сложный инфракрасный
Спектр характеризуется плотной серией резких линий поглощения.

Но переходы, которые дают начало этим линиям, до сих пор не были известны.
Исследовательская группа провела моделирование инфракрасного спектра на основе
чисто на теоретических расчетах, позволяющих точно определить
линии поглощения.

«Детальная интерпретация инфракрасного спектра горячей воды является одной из
важные нерешенные проблемы молекулярной спектроскопии».
исследователи пишут в своей научной статье.

Спектроскопические данные будут полезны при моделировании других систем, которые
содержат чрезвычайно горячие молекулы воды, такие как лесные пожары и ракетные
перья. Спектральный анализ фиксирует характеристические спектры или
длин волн, испускаемых или поглощаемых молекулами.

«Наша исследовательская группа решила проблему, сделав нечто совершенно
разные, — сказал Бернат. — Начав с математической модели, которая
постепенно улучшаемая с помощью теории возмущений, не работает для горячих
воды.»

Вместо этого команда перешла непосредственно к теории и использовала рассчитанные
энергии взаимодействия атомов воды. С помощью сложных
вариационных расчетов энергетических уровней исследователи предсказали
положение переходов, дающих линии поглощения.

«Расчеты были настолько хороши, что они были достаточно близки к
наблюдений, чтобы мы могли разобраться в спектре», — сказал Бернат, который
руководил бригадой, проводившей лабораторную спектроскопию. Спектроскопия
изучает взаимодействие света и материи.

Контактное лицо: Джон Моррис, UW News Bureau, (519) 888-4567, доб. 6047
Проф. Питер Бернат, (519) 888-4567, доб. 4814

Солнечная вода обнаружена на Луне : ScienceAlert

Солнечное затмение, сделанное в Мэдисоне, штат Висконсин, в 2017 году. (Matt Anderson Photography/Moment/Getty Images)

Новый анализ пыли, извлеченной с Луны, предполагает, что вода, связанная с лунной поверхностью, может иметь происхождение от Солнца.

Точнее, это могло быть результатом бомбардировки ионами водорода солнечного ветра, столкновения с лунной поверхностью, взаимодействия с минеральными оксидами и связывания с вытесненным кислородом. В результате вода может скрываться в лунном реголите в значительных количествах в средних и высоких широтах.

Это имеет отношение к нашему пониманию происхождения и распределения воды на Луне и даже может иметь отношение к нашему пониманию происхождения воды на Земле.

Луна выглядит как довольно сухой ком пыли, но недавние исследования показали, что там намного больше воды, чем кто-либо подозревал. Очевидно, он не плавает в озерах и лагунах; он связан с лунным реголитом, возможно, скрывается в виде льда в постоянно затененных кратерах и изолирован в шариках вулканического стекла.

Это, естественно, приводит к вопросам, например, сколько именно там воды? Как он распределяется? И откуда, черт возьми, это взялось? На последний вопрос, вероятно, есть несколько ответов.

Некоторые из них могли появиться в результате столкновения с астероидом. Некоторые с Земли. Один возможный источник, однако, едва ли первое, что приходит на ум при воображении космических дождевых облаков.

Справедливости ради следует сказать, что Солнце не то чтобы источает влагу, но его ветер, безусловно, является надежным источником высокоскоростных ионов водорода. Доказательства, которые включают анализ лунной грязи от миссий Аполлона, ранее повышали высокую вероятность того, что солнечный ветер ответственен, по крайней мере, за некоторые ингредиенты Луны для воды.

Теперь группа исследователей во главе с геохимиками Юйчен Сюй и Хэн-Ци Тянь из Китайской академии наук обнаружила химический состав зерен, извлеченных миссией «Чанъэ-5», что еще раз подтверждает наличие солнечного источника лунной воды.

Изучено 17 зерен: оливина 7, пироксена 1, плагиоклаза 4, стекла 5. Все они были, в отличие от низкоширотных образцов, собранных Аполлоном и Луной, из области средних широт Луны и собраны из самого молодого известного лунного вулканического базальта, из самого сухого базальтового фундамента.

С помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии они изучили химический состав краев этих зерен – внешней, 100-нанометровой оболочки зерна, наиболее подверженной космической погоде и, следовательно, наиболее измененной по сравнению с зерновой интерьер.

Большинство этих дисков показали очень высокую концентрацию водорода от 1116 до 2516 частей на миллион и очень низкое соотношение изотопов дейтерия/водорода. Эти отношения согласуются с соотношениями этих элементов, обнаруженными в солнечном ветре, что позволяет предположить, что солнечный ветер врезался в Луну, оставив водород на лунной поверхности.

Содержание воды, полученное из солнечного ветра, присутствующего на посадочной площадке «Чанъэ-5», должно составлять около 46 частей на миллион. Это согласуется с измерениями дистанционного зондирования.

Чтобы определить, может ли водород сохраняться в лунных минералах, исследователи провели эксперименты по нагреву некоторых их зерен. Они обнаружили, что после захоронения зерна действительно могут удерживать водород.

Наконец, исследователи провели моделирование сохранения водорода в лунном грунте при различных температурах. Это показало, что температура играет значительную роль в имплантации, миграции и дегазации водорода на Луне.