Почему атмосфера не уходит с поверхности Земли во Вселенную?
Ответ: воздух не всасывается вакуумом, в данном случае его выталкивает давление огромного веса — торжество силы тяжести, умноженной на массу.
Поверхностная гравитация, сила, которая удерживает атмосферу, значительно различается от планеты к планете. Например, огромное гравитационное притяжение Юпитера способно удерживать легкие газы, такие как водород и гелий, в его атмосфере, которые обычно покидают объекты с небольшим гравитационным притяжением.
Воздух в этом случае не «засасывается» вакуумом, а выталкивается давлением огромного веса (ускорение свободного падения, умноженное на массу) атмосферного воздуха. Итак, отвечая на первый вопрос: воздух в атмосфере не «засасывается» космическим вакуумом, потому что нет значительной силы, выталкивающей его в этот вакуум.
Низкое космическое давление препятствует растворению кислорода в кровотоке человека. Вакуумная среда производит тот же эффект для других газов, таких как азот.
Воздействие космоса на людей вызывает образование маленьких пузырьков азота по всей системе кровообращения.
Атмосфера Земли представляет собой слой газов, который окружает Землю и удерживается силой гравитации. Атмосфера Земли защищает жизнь на Земле, поглощая солнечное ультрафиолетовое излучение, нагревая поверхность за счет удерживания тепла (парниковый эффект) и снижая экстремальные температуры между днем и ночью.
В целом атмосфера выполняет важные функции, такие как фильтрация вредного ультрафиолетового излучения и поддержание средней температуры Земли за счет парникового эффекта, предотвращая большие температурные амплитуды между днем и ночью. Другими словами, благодаря атмосфере возможно существование жизни на планете.
Это: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера. Вместе эти пять составляют атмосферу, газовый слой, окружающий Землю и отвечающий, среди прочего, за поддержание теплового баланса планеты, защиту от ударов метеоров и фильтрацию ультрафиолетовых лучей.
Он возник в процессе, длившемся по меньшей мере 4 миллиарда лет, и образовался из того же вещества, из которого состоит земля, по которой мы ходим. Правильно: все газы, из которых состоит воздух, когда-то были под землей, прилипли к скалам. Эти элементы извергли вулканы.
Если бы не своего рода газовая оболочка, которая защищает нашу планету, жизнь не была бы такой, какой мы ее знаем. Для чего это? Атмосфера очень важна: она помогает поддерживать температуру, обеспечивает нас кислородом для дыхания и является ареной изменения климата!
Этот ветер имеет плотность частиц 5–10 протонов/см3 и движется со скоростью 350–400 км/с (780 000–890 000 миль в час). Расстояние и сила гелиопаузы меняется в зависимости от уровня активности солнечного ветра.
Вакуум — это теоретически полное отсутствие материи в определенной области. Жаль, что извлечь всю материю из какого-то одного места практически невозможно — пространство между планетами, звездами и спутниками, конечно, достаточно пусто по человеческим меркам.
Воздух – это смесь газов, из которых состоит атмосфера Земли. Он в основном состоит из азота, кислорода и аргона.
…
Причина, по которой температура все еще остается выше этой точки абсолютного нуля, заключается в постоянном присутствии так называемого космического микроволнового фонового излучения, энергии, возникшей в результате «Большого взрыва» и наполняющей весь космос. Следовательно, в большей части Вселенной -270 градусов является самой низкой возможной температурой.
Кислород является наиболее распространенным химическим элементом по массе в биосфере, воздухе, море и суше. Он является третьим по распространенности во Вселенной после водорода и гелия. Около 0,9% массы Солнца составляет кислород. … Спектр этого элемента также часто наблюдается у звезд.
летальные исходы. По состоянию на 2019 год восемнадцать астронавтов погибли в космическом путешествии. Тринадцать из них были американцами, четверо советскими и один израильтянин.
Часто задаваемые вопросы: Как подается кислород на космической станции?
В настоящее время генераторы кислорода на борту Международной космической станции производят кислород из воды посредством электролиза и сбрасывают полученный водород в космос.
Когда космонавты потребляют кислород, образуется углекислый газ, который необходимо удалить из воздуха и также утилизировать.
На космическом челноке кислород, необходимый для полета, который длится от 1 до 2 недель, перевозится в баллонах. Существуют также способы производства резервного кислорода на борту, например, те, которые используются в аварийных масках для самолетов.
В космосе кислород не перерабатывается, перерабатывается воздух. Рециркуляция воздуха включает 2 основных процесса: удаление CO2 и обновление O2.
Если это космическое пространство, то, что существует между планетами и звездами, то в нем нет воздуха, в нем господствует вакуум (отсутствие материи). Если говорить о газах, существующих во Вселенной, то самым распространенным, несомненно, является водород.
Медицинский кислород можно получить путем разделения газов, содержащихся в воздухе. Он состоит на 78% из азота, на 21% из кислорода и на 1% из различных газов, таких как аргон, углекислый газ и гелий.
Фотосинтез превращает углекислый газ и воду в кислород и сахар. Дополнительным процессом производства кислорода является фотолиз, при котором энергия ультрафиолетового излучения расщепляет атмосферную воду и оксид азота. Основным процессом удаления кислорода из атмосферы является дыхание.
Его скафандр стоит около 2 тысяч долларов США, тогда как стоимость скафандра от НАСА, например, оценивается в 30 тысяч долларов США.
До 2019 года восемнадцать астронавтов погибли в космическом путешествии. Тринадцать из них были американцами, четверо советскими и один израильтянин. Но из-за развития технологий вероятность смерти снижается.
Однако что происходит с безжизненным человеческим телом в вакууме? Ваше тело не будет разлагаться обычным на Земле способом, так как в космосе нет кислорода. Если вы находитесь рядом с источником тепла, например Солнцем, ваше тело мумифицируется. В противном случае он замерзнет.
Однако из-за отсутствия гравитации вода не падает на землю, а остается на коже в виде пузырьков.
А добавив немного жидкого мыла, которое не сильно пенится и не требует смывания, космонавт может «принимать душ» и наслаждаться ощущением чистоты, как на суше.
Космонавтам нужно пить воду, как и всем нам. И, может быть, вы никогда не задумывались над этим вопросом, но не так-то просто иметь воду в космической миссии. … Они могут делать это двумя способами: с помощью йода или серебра, а могут очищать и воду, и мочу. Правильно, моча.
Что поддерживает космические станции и большинство беспилотных миссий, так это все более мощные компьютеры. С их помощью можно обрабатывать информацию из космической среды и запускать роботов с искусственным интеллектом, способных принимать оптимальные решения с минимальной помощью человека.
Почему наш воздух не засасывается в космос? Способность планеты удерживать определенные газы в своей атмосфере зависит от скорости молекул газа, температуры планеты и силы гравитации. Наиболее распространенными элементами во Вселенной являются газы водород и гелий.
Они же и самые легкие.
Вакуум — это теоретически полное отсутствие материи в определенной области. Жаль, что извлечь всю материю из какого-то одного места практически невозможно — пространство между планетами, звездами и спутниками, конечно, достаточно пусто по человеческим меркам.
В классической физике частичный вакуум в определенной области пространства можно количественно определить, обратившись к давлению в этой области (в идеальном вакууме давление равно нулю). В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения давления является паскаль (Па).
Что происходит с кислородом в космосе?
В космосе никто не услышит ваш крик, и, как известно каждому ученику начальной школы, это потому, что нет воздуха, который распространял бы звуковые волны. Примерно с 350 г. до н.э. мы подозревали — и совсем недавно подтвердили — что космос — это вакуум. Но что происходит с кислородом в космосе?
Хотя НАСА и другие космические агентства были хорошо подготовлены со скафандрами перед отправкой астронавтов в космос, определение того, что происходит с кислородом в космосе, было менее ясным.
Однако изучение атмосферы — или, вернее, отсутствия атмосферы — в космосе недавно показало, что молекулярный кислород там действительно существует, но пока только в двух местах.
Ясно, что, несмотря на то, что это третий по распространенности элемент во Вселенной, доступного для дыхания кислорода будет крайне мало, когда вы покинете нашу планету. Но есть ли последствия этого? И что мы можем извлечь из этого факта?
Ранние исследования атмосферы предсказали космическую пустоту
То, что происходит с кислородом в космосе, сначала не могло быть подтверждено прямым наблюдением, поскольку пилотируемые космические полеты не проводились до второй половины 20-го века. Вместо этого нехватку кислорода в космосе изначально предсказывали дедукцией, наблюдениями и большим количеством восхождений.
Наша планета окружена атмосферной оболочкой. Слои воздуха, содержащие азот, углекислый газ и другие газы, такие как кислород, поддерживают жизнь на планете. Университетская корпорация атмосферных исследований (UCAR) описывает, как ранние ученые измеряли изменение атмосферы по мере удаления от поверхности Земли.
В 1648 году двое ученых, Блез Паскаль и его зять Флорин Перье, подняли на вершину горы метровый стеклянный столб ртути. Этот ранний барометр Торричелли показал им, что давление воздуха уменьшается с высотой. В 1787 году дальнейшие исследования, проведенные другим исследователем, который рисковал высотной болезнью на Монблане, самой высокой горе Европы, показали, что вместе с падением атмосферного давления снизилась и температура.
Эти данные свидетельствовали о том, что наша атмосфера освобождалась от гравитации и исчезала в космическом вакууме, что было дополнительно подтверждено дерзкими полетами на воздушном шаре все выше и выше в атмосферу. Рискуя смертью, ранние ученые продемонстрировали не только то, что атмосферное давление было ниже на больших высотах, но и то, что уровень кислорода в четырех милях от атмосферы был настолько снижен, что был почти несовместим с жизнью.
Дальнейшие исследования атмосферы на большей высоте, проведенные с помощью неуправляемых метеозондов, подтвердили, что в верхних слоях нашей атмосферы меньше кислорода и там ниже атмосферное давление.
Откуда берется кислород?
Кислород — третий по распространенности элемент во Вселенной, поэтому теоретически космос должен быть заполнен им. Однако пространство между планетами, звездами и другими небесными телами лишь незначительно заселено пылью, газом и радиацией. Несмотря на десятилетия астрономии, молекулярного кислорода (вещества, которым можно дышать, состоящего из двух соединенных вместе атомов O 2 ) почти не существует. Как отмечает Science.org, в космосе молекулы водорода H 2 , превосходит по численности O 2 на миллион к одному.
На Земле O 2 в изобилии. Он образуется растениями, водорослями и фитопланктоном в процессе фотосинтеза, когда они поглощают CO 2 и преобразуют его в энергию. Кислород, пригодный для дыхания, составляет около 20% атмосферы, и гравитация удерживает его тесно связанным с планетой, но в верхних слоях притяжение не так сильно, и космический вакуум поглощает его.
Кислород действительно существует в космосе, хотя Центр космических полетов Годдарда отмечает, что он не образовался во время Большого взрыва. Вместо этого он прибыл из-за реакций ядерного синтеза во вновь образовавшихся звездах. Когда звезды потребляли водород и гелий, они создавали углерод и кислород. В конце жизни звезды эти элементы — строительные блоки углеродной жизни — выбрасываются в космос.
Итак, да, мы произошли из звездной пыли, но это также звездная пыль, которая накапливает молекулы кислорода в космосе.
Что происходит с кислородом в космосе?
Кислород был открыт в 1770-х годах, но астрономы только недавно узнали, где его найти в космосе. И причина его неуловимости — звездная пыль.
В 2015 году НАСА сообщило, что инфракрасные детекторы в обсерватории Гершеля Европейского космического агентства обнаружили молекулярный кислород только в двух местах во Вселенной: в туманности Ориона и в облаке Ро Змееносца.
Причиной этого дефицита может быть то, что кислород намного более липкий, чем считалось раньше.
Недавнее исследование, в котором моделировались условия облака космической пыли здесь, на Земле, показало, что энергия связи для элементарного кислорода примерно в два раза сильнее, чем ожидалось. В облаках звездной пыли эта сильная связь означает, что сами атомы кислорода не могут свободно объединяться и образовывать пригодный для дыхания O 2 . Когда они прочно связаны с частицами космической пыли, вместо этого они соединяются с водородом, образуя H 2 O, или воду, которая затем замерзает.
Хотя отдельные атомы кислорода распространены вокруг звезд, которые их создают, звездная пыль быстро собирает их и не может легко отпустить. Когда вы смотрите на звезды ночью, помните об этом факте, и это может дать вам некоторое утешение, если вы узнаете немного больше о том, как устроена наша Вселенная и что происходит с кислородом там, наверху.
Интересуетесь всем, что связано с космосом и исследованиями? Мы тоже.
Взгляните на Northrop Grumman и подумайте о присоединении к нашей команде .
Почему не весь наш воздух уходит в космос?
Здесь вы можете увидеть похожий на кожу щит, напоминающий полосу, в атмосфере Земли. Снимок сделан с Международной космической станции. (Фото: НАСА)
СПРОСИТЕ ИССЛЕДОВАТЕЛЯ: Возможно, из атмосферы просачивается больше, чем вы думаете, но, к счастью, у нас здесь все еще достаточно воздуха.
Лассе Бьорнстад Журналист
Почти все живущие живут в атмосфере – воздухе, которым мы дышим и в котором живем, который окружает всю Землю.
Но как воздух остается на месте? Мы ощущаем окружающую нас атмосферу как нечто очень легкое и неосязаемое.
Но в эфиры не взлетает.
Он удерживается на месте той же силой, которая удерживает все остальное на Земле: гравитацией.
«Земля большая и тяжелая, — говорит Бьорн Самсет. Он физик и старший научный сотрудник Центра международных климатических исследований Цицерона в Осло.
«Эти газы не могут уйти, пока есть земля, которая удерживает их на месте».
Земля была создана из целого ряда различных элементов более 4 миллиардов лет назад. В этом процессе молекулы элементов оседают от самых тяжелых внутри к самым легким снаружи, и все удерживается на месте одной и той же силой гравитации.
Самые легкие молекулы подвешены вокруг планеты, подобно тонкой завесе или очень тонкой жидкости.
Самсет указывает, что все эти молекулы в атмосфере аккумулировались бы слоями, от самых тяжелых внизу до самых легких на самом краю, если предположить, что в атмосфере не происходило перемешивания. Но в реальном мире солнце добавляет в атмосферу огромное количество энергии, и там происходит много всего.
Бьёрн Самсет, физик и старший научный сотрудник Центра международных климатических исследований Цицерона. (Фото: Цицерон)
Крошечная часть воздуха уходит в космос. По данным Европейского космического агентства, ежедневно в космос уходит около 90 тонн атмосферы.
Звучит много, но это всего лишь крошечная часть атмосферы.
«Вероятно, пройдет более 150 миллиардов лет, прежде чем атмосфера исчезнет таким образом», — говорит Самсет.
Почему улетучивается часть кислорода — сложный вопрос, но мы вернемся к нему позже в этой статье.
Но сначала: что на самом деле витает в воздухе?
Воздух, который не выходит
Воздух состоит из целого ряда различных газов, но на 80 процентов состоит из азота. Жизненно необходимый кислород составляет около 20 процентов, наряду с меньшими количествами аргона, углекислого газа, гелия, водорода и других веществ.
Но здесь наша интуиция о мире слегка подводит. Мы воспринимаем камни как нечто тяжелое и осязаемое, тогда как воздух — это нечто принципиально иное.
Философы древности и других частей света считали четыре элемента земли, огня, воздуха и воды обладающими уникальными и отличными друг от друга качествами.
Но мир устроен не так. Все состоит из элементов, и эти элементы имеют массу и вес.
«На самом деле нет никакой разницы между молекулой азота и камнем, — говорит Самсет. «Или, как говорит Йода, это „только в твоем уме“».
«Чтобы молекула азота вылетела с Земли, она должна откуда-то получить энергию».
Чтобы молекула азота или камень поднялись над глубоким гравитационным полем Земли, необходима энергия.Когда мы отправляем объекты в космос, мы используем ракеты для противодействия гравитации.
Это требует много энергии, что объясняет, почему ракеты, которые мы используем, такие большие и требуют так много топлива. Чтобы избежать земного притяжения с уровня земли, вы должны подняться со скоростью более 40 000 километров в час.
Ракета «Сатурн-5» доставила на Луну луноход, космический корабль и трех астронавтов общим максимальным весом 130 тонн.
Молекула с азотом намного легче, чем груз ракеты, но для того, чтобы улететь, ей все равно нужно приложить энергию.
И это может произойти несколькими способами.
Эта ракета высотой более 110 метров состоит в основном из топлива. Чтобы освободиться от гравитационного притяжения Земли, требуется много энергии. (Изображение: НАСА)
Легкие элементы
Некоторые вещества, такие как гелий и водород, легче воздуха. Эти газы поднимаются в атмосферу, но это не значит, что они исчезают в космосе, когда вы прокалываете, например, гелиевый шар.
Небольшое количество гелия рассеяно в атмосфере, а внешний слой атмосферы – экзосфера – содержит крайне тонко рассеянный гелий и водород.
Солнце поставляет энергию, которая нагревает атмосферу и заставляет атомы и молекулы больше двигаться, и эта энергия может выбрасывать материю. Водород и гелий также добавляются в атмосферу от Солнца.
Молекулы в газе все время движутся и сталкиваются друг с другом, а иногда молекулы этих и других газов получают такой мощный толчок, что выбрасываются из атмосферы. Они достигают космической скорости, а затем освобождаются от гравитационного притяжения Земли.
«Там наверху гравитация слабее, чем на уровне земли», — говорит Самсет.
«Некоторые из этих толчков настолько сильны, что газы вырываются наружу. Это почти как случайная ракета».
Но этот эффект «случайной ракеты» составляет лишь малую часть, около 10-20 процентов того, что действительно улетает из атмосферы.
Почему именно исчезают остальные — загадка.
Почему исчезает кислород?
Молекулы кислорода и азота не должны выбрасываться из атмосферы, потому что они слишком тяжелые, говорит Джоран Моэн.
Моэн исследовал нашу просачивающуюся атмосферу с помощью небольших исследовательских ракет, запущенных со Шпицбергена, где он сейчас работает директором Университетского центра на Шпицбергене (UNIS).
Атом кислорода во много раз массивнее атома гелия.
Тем не менее, существует поток кислорода, гелия и водорода, который исчезает над магнитными полюсами Земли – атмосферная утечка. Исследовательские ракеты запускают через утечки, чтобы увидеть, что здесь происходит на самом деле.
Так художник представляет, как выглядит атмосферная утечка на магнитных полюсах Земли. Молекулы из атмосферы выбрасываются двумя потоками, и это составляет около 90 тонн потерянной атмосферы в день. (Фото: НАСА / Скриншот)
Эти утечки почти подобны шлейфам атомов, выступающим за пределы двух магнитных полюсов Земли. А здесь молекулы настолько тяжелые, что для их извлечения требуется много энергии.
Воздух в этих шлейфах очень плотный по сравнению с пространством вокруг них. Моэн описывает, как спутники внезапно испытывают гораздо большее сопротивление, когда они проходят через шлейфы, потому что плотность газа прямо там намного больше.
Моэн объясняет, что они не знают точно, откуда берется вся эта энергия, но ее можно проследить до солнечного ветра — потока заряженных частиц, непрерывно ударяющих в атмосферу.
Эти частицы также создают северное сияние — явление, связанное с атмосферными шлейфами.
10 000 градусов
«Заряженные частицы создают сильное нагревание атмосферы — от 5000 до 10 000 градусов Кельвина», — говорит Моэн.
Эти температуры приближаются к 10 000 градусов Цельсия.
Однако этот нагрев не генерирует достаточно энергии для выброса тяжелых атомов и молекул.
Моен говорит, что это, вероятно, связано с электрической связью между магнитным полем Земли и солнечным ветром, который сталкивается с магнитным полем.
Муфта добавляет энергии и имеет потенциал для сильного нагрева атмосферы. Частицы нагретой атмосферы могут следовать за магнитными линиями в магнитном поле Земли и выбрасываться над магнитными полюсами, образуя эти шлейфы.
Модель, показывающая магнитное поле вокруг Земли (круг в центре) и то, как оно изгибается под действием сильных солнечных ветров, которые обозначены красным цветом. Магнитные поля представлены всеми линиями.