Без технологий, как мы впервые узнали, что в космосе нет кислорода?
Теперь, прежде чем мы отправимся в путешествие по переулку памяти и узнаем, кто помог нам выяснить, что в космосе нет кислорода, вспомните те времена, когда вы, возможно, отправились в поход в горы. Весело, правда? Просыпаемся рано утром, собираем еду и аксессуары для похода и отправляемся на базу. Подумайте обо всем том свежем воздухе, которым вы можете наслаждаться.
Однако, достигнув вершины, вы заметили, что другим становится трудно дышать. Следующее, что вы знаете, вы тоже начинаете задыхаться!
Как вы, наверное, догадались, трудности, с которыми вы дышали на вершине горы, во многом связаны с открытием отсутствия кислорода в космосе?
Научный вклад
Теория отсутствия кислорода в космосе была впервые предложена еще в 350 г. до н.э. Греческий астроном Аристотель предположил, что природа не терпит вакуума — теория, которая позже стала известна как ужас Vacui. Хотя атомизм привел к отклонению этого предположения, только в 1600-х годах теория отсутствия кислорода в космосе могла быть доказана с использованием научных данных.
Вы когда-нибудь слышали о барометр? Это инструмент, используемый для измерения давления воздуха. Барометр был создан итальянским физиком по имени Евангелиста Торричелли, кто на самом деле был учеником великого Галилео Галилей. Галилей проводил множество различных экспериментов в воздухе. Он знал, что воздух имеет вес и некоторую силу, которая сопротивляется образованию вакуума. Спустя год после смерти Галилея Торричелли успешно завершил эксперимент и создал аппарат, способный создавать частичный вакуум!
Проведя еще много исследований около 1644 года, Торричелли пришел к выводу, что воздух или атмосфера оказывают давление, потому что что-то притягивает или толкает их к поверхности Земли. Его точные слова гласили: «Мы живем на дне океана стихии воздуха, который, как известно бесспорными экспериментами, имеет вес.”
Несколько лет спустя, в 1646 году, Блез Паскаль (наиболее известный своей теорией вероятностей) также экспериментировал с атмосферным давлением. Паскаль обнаружил, что в реальном мире существует вакуум. Два года спустя, в 1648 году, Паскаль убедил своего зятя Флорин Перие взять ртутный барометр и подняться на вершину горы Пюи-де-Дом во Франции. Они обнаружили, что по мере удаления от поверхности Земли атмосферное давление начинает снижаться. Однако причина этого снижения атмосферного давления на больших высотах была неизвестна.
Немецкий ученый по имени Отто фон Герике в 1650 г. сконструирован первый вакуумный насос. Он продемонстрировал, что сила, создаваемая воздухом, была настолько значительной, что две упряжки лошадей не могли развести две полусферы вакуумного насоса. Отто также отметил, что атмосфера Земли окружает планету как оболочка, плотность которой постепенно снижается с увеличением высоты. Он пришел к выводу, что на определенном расстоянии от поверхности Земли должен быть вакуум.
В 1687 году один из самых влиятельных ученых в истории, Сэр Иссак Ньютон, изложил свою теорию всемирного тяготения в Математические основы естественной философии.
Слава Богу за это яблоко! В противном случае мы могли бы никогда не узнать о гравитации. Если вы еще не знаете, причина, по которой люди остаются на Земле, — это гравитация. Если бы не было гравитации, мы бы все просто плавали. Не только это, но и гравитация играет важную роль во многих других природных явлениях, помимо удержания нас на поверхности Земли.
Почему в космосе нет кислорода?
Теперь, прежде чем мы продолжим копаться в книгах по истории, давайте рассмотрим кое-что . Если на Земле есть гравитация, а гравитация — это то, что удерживает все прикрепленным к поверхности, возможно ли, что гравитация является причиной атмосферного давления? Это действительно так! Гравитация притягивает атмосферу (или воздух) к поверхности Земли, вызывая атмосферное давление.
Если это так, то почему атмосферное давление падает, когда мы поднимаемся вверх? Что ж, по мере того, как мы поднимаемся выше в атмосферу, мы удаляемся все дальше от ядра Земли и, таким образом, удаляемся от гравитационного поля Земли. Притягивающий эффект гравитации уменьшается по мере того, как мы поднимаемся выше, поэтому на определенной высоте или расстоянии над Землей гравитация перестает действовать на тела, и они просто уносятся в космос.
Именно это происходит с кислородом. Кислород концентрируется в нижних слоях атмосферы и становится все более дефицитным по мере подъема выше. Вот почему альпинистам и треккерам трудно дышать на вершине, так как там очень мало кислорода. Чем выше мы поднимаемся, тем меньше становится воздух.
После точки, когда гравитация больше не действует с силой, молекулы воздуха (кислорода) больше не притягиваются к Земле. Таким образом, молекулы находятся дальше друг от друга, часто настолько далеко друг от друга, что мы говорим, что «воздуха нет», или называем это «вакуумом».
Вот как ученые, физики и астрономы пришли к осознанию того, что в логических рассуждениях и некоторых фундаментальных экспериментах нет кислорода.
Конечно, для них было не так просто обнаружить это, как для нас, чтобы решить эту проблему. Было задействовано много великих умов, и пришлось провести обширные эксперименты, прежде чем можно было прийти к этому выводу.
Между 1600-ми и 1800-ми годами было сформулировано множество теорий и законов, касающихся поведения воздуха в отношении давления, температуры, молекул и т. Д. Некоторые из этих законов включают закон Бойля, закон Чарльза, закон Авогадро, закон идеального газа и многие другие. Все законы и теории сыграли огромную роль в открытии пустоты космоса.
Например, эксперименты, проведенные братьями Монгольфье на воздушных шарах, помогли сделать вывод о том, что количество воздуха (и, следовательно, кислорода) продолжает уменьшаться по мере удаления от поверхности Земли. Нет ничего лучше, чем делать отличные научные выводы, наслаждаясь прекрасным видом!
Почему в космосе нет воздуха
А знаете ли вы, почему в космосе нет воздуха? Ответ на данный вопрос очевиден.
Воздух представляет собой смесь различных газов. Основную его часть составляют азот и кислород. Мельчайшие частицы воздуха, молекулы, притягиваются и удерживаются полем Земли и других планет.
Высота слоя атмосферы вокруг Земли достигает 100 километров. Хотя чёткой границы между атмосферой и космосом не существует, поскольку воздух разряжается постепенно по мере удаления от земной поверхности. Поэтому чем ближе к поверхности планеты, тем больше притяжение и плотность воздуха. Чем дальше от неё — тем более разряжено воздушное пространство.
В космосе нет притяжения, и попавшие туда частицы газов прибиваются к ближайшим планетам. За пределами высоты 100 километров начинается космическое пространство, там вероятность встретить молекулы воздуха очень мала. Хотя, вопреки общим представлениям, космос не является абсолютной пустотой. В нём встречаются молекулы различных веществ, газы, пыль, плазма, метеоры, космический мусор, оставшийся после деятельности человека. Кроме того, имеется электромагнитное излучение.
Вот почему в космосе нет воздуха.
This entry was posted in Естествознание. Bookmark the permalink. 
Что известно о космосе. Как он пахнет и есть ли жизнь за пределами Земли
В астрономическом и астрофизическом поле только за последнюю декаду произошло немало грандиозных прорывов — от пролета мимо Плутона до фотографии черной дыры в галактике M87. РБК Life рассказывает, что на данный момент ученым известно о Вселенной и Солнечной системе.
Безмолвие и холод пустоты
Начнем с базовых знаний. Слоган «В космосе никто не услышит твой крик» легендарного фильма Ридли Скотта «Чужой» в 1979 году сигнализировал посетителю кинотеатра, что будет как минимум страшно. Однако это не просто предупреждение, создающее предвкушение леденящего зрелища, а факт. В космосе нет звука, поскольку нет воздуха — среды, необходимой для распространения звуковых волн. Поэтому любые космические баталии, будь они возможны, как в кино, проходили бы в полной тишине — не так эффектно, как можно представить.
Кроме того, космическая температура совершенно неблагоприятна для человека без защитной экипировки: абсолютный ноль (-273,15 °C) — это температура вакуума в открытом космосе. Но это вовсе не значит, что все космические объекты «висят» в ледяной пустоте: излучение звезд и горячих газовых гигантов обязательно их нагревает (именно поэтому обращенная к Солнцу сторона МКС раскаляется до +260 °С). Максимальные минусовые температуры космоса можно встретить в отдаленных и самых темных его уголках. Например, в туманности Бумеранг такой есть: там зафиксирована температура -272 °С.
К слову, благодаря этому самому излучению космос пахнет: астронавты и космонавты сообщали, что чувствовали запах жженого металла, как при сварке, пороховой гари и даже подгоревшего миндального печенья. Впрочем, во многом это зависело от окружающих материалов — обшивки космической станции или различных инструментов, раскаленных на Солнце и подверженных процессу окисления (в безвоздушном пространстве это почти что горение, но без дыма). Кроме этого, в космосе полно других запахов: молекулярные облака, туманности, в которых происходит рождение новых звезд, а также планеты и их спутники обладают самыми разными ароматами — от сероводорода и нафталина до этилового спирта.
Путешествия по Вселенной
В настоящее время за пределами Земли находятся десять человек. Для людей космос — недружелюбное место, и пока не изобретено удобной, безопасной в долгосрочной перспективе и экономически доступной системы, которая позволила бы его «бороздить». Скафандры все еще громоздкие, устаревшие и порой протекают (в шлеме астронавта Матиаса Маурера в 2022 году оказалась вода прямо во время выхода в открытый космос). Только в 2024-м НАСА получит новые скафандры от Collins Aerospace — заказ на $97,2 млн поступил компании в декабре прошлого года.
Что касается космических кораблей, ничего, близко подобного «Энтерпрайзу» из «Звездного пути», в ближайшие 50 и, возможно, 100 лет люди не построят: слишком дорого и ресурсозатратно. Но амбициозные проекты все же появляются: ракеты вроде Starship от SpaceX Илона Маска и Space Launch System (SLS) с космическим кораблем «Орион» от НАСА, запущенный в рамках новой лунной миссии «Артемида» в ноябре 2022 года. На строительство и испытание таких ракет выделяют огромные бюджеты (например, сумма контракта НАСА со SpaceX составила $2,89 млрд, а полноценное возвращение людей на Луну с высадками и работой на поверхности может стоить $93 млрд).
Жизни на Марсе нет
В том представлении, которое лелеяли писатели-фантасты. Исследования Марса специальными аппаратами начались в 1960-х: СССР, США и Европа запускали к нему межпланетные станции и корабли с марсоходами в поисках свидетельств существования грандиозной марсианской цивилизации, которая, возможно, породила и человеческую. Но экзистенциальная природа надежд на обретение «создателя» на соседней Красной планете разбилась о сухие научные факты. Марсианские «каналы», которые разглядел еще в 1877 году итальянский астроном Джованни Скиапарелли, оказались не искусственными сооружениями, а оптической иллюзией. «Марсианский сфинкс», или «Лицо на Марсе», — холм, снятый станцией «Викинг-1» в 1976 году, — не выдержал более качественного фотографирования и рассеялся в 2001-м, когда над ним пролетела станция Mars Global Surveyor с камерой.
Этот снимок поверхности Марса, полученный в 2000 году орбитальным аппаратом Mars Global Surveyor , дал исследователям основания полагать, что планета могла быть покрыта водой в ранний период своего существования. Позднее эти основания подтвердились
Зато что точно есть на Марсе, так это пылевые бури, которые периодически окутывают планету целиком (вместе с роверами на ее поверхности, мешая им заряжать солнечные батареи и исправно работать). Штормы на Марсе тем не менее, несравнимы по силе с земными: они не перевернут тяжелый марсоход и не свалят с ног незадачливого астронавта (как в фильме «Марсианин» Ридли Скотта).
Планета на порядок легче Земли, лишенная магнитного поля и постоянно теряющая атмосферу из-за мощного солнечного ветра, все еще первая в списке на колонизацию у космических энтузиастов. Условия на ней крайне враждебны для человека: средняя температура -63 °С, атмосфера на 95% состоит из углекислого газа, почва требует тщательной подготовки для выращивания растений, но этот «запасной аэродром» все же возможен, пусть и теоретически. Если человек когда-нибудь высадится на Марсе со всеми инструментами для долгосрочного пребывания, спасаться от радиации, вероятнее всего, он будет в марсианских пещерах, глубину которых ученые оценивают в десятки метров.
Как будет выглядеть жизнь на Марсе
Ткань Вселенной «волнуется»
В 1916 году физик-теоретик Альберт Эйнштейн сформулировал общую теорию относительности (ОТО), в которой предсказал существование гравитационных волн, испускаемых столкновениями очень тяжелых объектов в галактиках. Ровно через столетие американский детектор LIGO (Laser Interferometric Gravitational-wave Observatory) уловил сигнал от слияния двух черных дыр массами 36 и 29 солнечных масс, пришедший с расстояния 1,3 млрд световых лет. С помощью европейского детектора Virgo в дальнейшем были зафиксированы волны в созвездии Гидры, что в 130 млн световых лет от Земли: там столкнулись две нейтронные звезды 1,1 и 1,16 массы Солнца. Уже в 2019-м детекторы засекли 39 подобных событий, а в 2020-м — столкновение черных дыр на расстоянии 2,4 млрд лет от нас.
18 апреля 2020 года американский детектор LIGO и европейский Virgo объявили об открытии гравитационных волн от слияния черных дыр. Событие получило обозначение GW190412
Для астрофизики эти доказательства имеют фундаментальное значение, это еще один шаг на пути к исследованию возникновения Вселенной, шанс проверить некоторые теории и уточнить модель космологии. В практическом смысле знания о гравитационных волнах пока никак не применимы (их пытались приспособить для дальней беспроводной связи, но тщетно). Однако открытие позволило астрофизикам убедиться, что математические модели черных дыр не обманывали: эти объекты реальны.
Взрывы, слияния и странствия: что происходит с черными дырами
Фотографии черных дыр
До того как в 2019-м году проект Event Horizon Telescope получил первую в истории фотографию силуэта черной дыры, эти объекты существовали только в математических формулах и в представлении художников (к слову, в фильме «Интерстеллар» Кристофера Нолана благодаря консультации астрофизика Кипа Торна визуализировали максимально близкую к реальности модель такого объекта — так получилась впечатляющая черная дыра «Гаргантюа», в которую упал астронавт Купер и обнаружил в ней книжный шкаф).
Черная дыра в центре галактики M87, очерченная излучением раскаленного газа, который, вращаясь вокруг нее, образует кольцо. 10 апреля 2019 года
В самом центре эллиптической галактики M87 на расстоянии 53,5 млн световых лет нашлась примерно такая: искали ее, объединив усилия по всему миру, более 200 ученых свыше 20 лет. Масса объекта превышала солнечную в 6,5 млрд раз, наблюдали его в 2017 году, но данные обрабатывали еще два года, чтобы получить в итоге изображение «тени» черной дыры — огненного кольца, окружающего чернеющую пустоту в центре, которая обладает такой чудовищной гравитацией, что ни один фотон не может ее покинуть.
В 2022 году миру явили вторую грандиозную фотографию — черной дыры Стрелец А* в центре нашей галактики, Млечного Пути. Ее масса — 4,3 млн солнечных масс, и ученым удалось разглядеть Стрельца А* за множеством звезд и пылевых облаков, из которых состоят галактические рукава.
Млечный Путь необъятен
По крайней мере для имеющихся у человечества технологий на данный момент. Протяженность нашей галактики — 100 тыс. световых лет, Солнце преодолевает вращение вокруг ее центра за 225–250 млн лет (то есть в последний раз, когда наша система находилась на противоположном краю галактического диска, по Земле гуляли динозавры). В ней содержится до 400 млрд звезд и по меньшей мере столько же планет. В настоящее время с помощью космических телескопов «Кеплер» и TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) открыто свыше 5 тыс. экзопланет, некоторые находятся в звездных системах, обладающих условиями для зарождения жизни. Например, система Trappist-1 в созвездии Водолея с землеподобными планетами или Kepler 422 в созвездии Лиры.
Что такое экзопланеты и как ищут жизнь во Вселенной
Солнечная же система расположена в радиусе около 27 тыс. световых лет от центра Галактики, на внутреннем краю рукава Ориона, в отдалении от активного звездообразования, благодаря чему у земной жизни в распоряжении оказалось достаточно относительно спокойного времени для развития.
Чтобы оценить, насколько масштабны расстояния в галактике (и во Вселенной), достаточно того факта, что радиосигналы, испускаемые Землей в открытый космос больше столетия, разлетелись на «жалкие» 200 световых лет, а космический аппарат Voyager-1 за время путешествия, начавшегося в 1977 году со скоростью 61,2 тыс. км/ч, покинул Солнечную систему только в августе 2012 года, но все еще находится в пределах гелиосферы и сможет окончательно «вылететь» из нее через сотни тысяч лет.
Почему за всю историю лишь два корабля сумели покинуть Солнечную систему
Вода и воздух в Солнечной системе
Есть не только на Земле. Подледные океаны на спутниках Юпитера манят ученых: вот бы доставить к ним космический аппарат с мощной буровой установкой и запустить исследовательский зонд прямо в пучины. Европейское космическое агентство вовсю готовит к запуску в апреле 2023 года миссию JUICE (Jupiter Icy Moons Exprorer) по исследованию ледяных спутников Юпитера — Европы, Каллисто и Ганимеда. Станция будет летать по их орбитам и собирать данные. О приземлении речи пока не идет, но надежда есть — фантазии всегда так или иначе приближали наступление прогресса.
Не менее привлекателен для ученых и спутник Сатурна Титан. Он укутан плотными азотными облаками, которые плывут над метановыми и этановыми озерами и выпадают дождями. И хотя температура там очень низкая (до -180 °C), а гравитация в семь раз меньше земной (что опасно для мышц и костей), отправить туда хотя бы роботизированные механизмы человечество может. Зонд Huygens уже высаживался на поверхности Титана в 2005 году и передал Земле ценные данные о спутнике (в том числе записал, как гудит ветер на Титане).
JUICE, исследовательский аппарат Европейского космического агентства. В ходе миссии он будет наблюдать за Юпитером и его тремя спутниками — Ганимедом, Каллисто и Европой, на которых, как ученые предполагают, возможны формы жизни
Еще один спутник Сатурна, Энцелад, тоже обладает секретом: под ледяной коркой поверхности находится соленый океан, который согревается внутренним теплом в недрах и приливным тепловыделением и существует около 1 млрд лет — достаточно для зарождения жизни. Океан «выдал» себя через гейзеры, которые планета испускает далеко в космос: в молекулах выброшенной воды аппарат Cassini обнаружил свидетельство гидротермальной активности, необходимой для возникновения живых организмов (по крайней мере на Земле именно гидротермальные отверстия на дне океанов, где магма взаимодействовала с соленой водой, дали толчок для создания сложного химического состава, считают ученые).
Достоверно неизвестно, есть ли на Энцеладе жизнь, но Американское космическое агентство уже сообщило, что располагает инструментом для будущих исследований этого вопроса. Это устройство Ocean Worlds Life Surveyor (OWLS), которое может собирать образцы воды во время полета через гейзерные шлейфы на спутнике Сатурна.
Почему в космосе нет воздуха и действительно ли это правда
Для того чтобы дать ответ на вопрос о том, почему в космосе нет воздуха, нужно для начала определить, что такое воздух. Итак, воздух — это не что иное, как молекулы и частицы, плавающие в пространстве. Подробности в статье.
Земля и ее атмосфера
Если говорить о нашей планете Земля, то существует большое количество молекул, атомов, частиц, которые составляют нашу атмосферу. В воздухе по объему имеется около 78,09 % азота, 20,95 % кислорода, 0,04 % диоксида углерода и т. д. На основании плотности молекул на разных уровнях ученые делят атмосферу на пять основных слоев:
- Тропосфера: от 0 до 12 км над уровнем моря.
- Стратосфера: от 12 до 50 км.
- Мезосфера: от 50 до 80 км.
- Термосфера: от 80 до 700 км.
- Экзосфера: от 700 до 10 000 км.
Эти слои существуют, потому что гравитация Земли притягивает к себе все молекулы. Собственно, этот факт и объясняет, почему воздух не улетает в космос вместе с атмосферой. Плотность молекул тропосферы высока, потому что это слой, который находится ближе всего к поверхности Земли, а значит, влияние силы тяжести на молекулы очень велико. Однако если мы будем подниматься все выше и выше и таким образом отдаляться от поверхности Земли, эффект гравитации уменьшится со временем, а вместе с этим снизится и плотность воздуха. Поэтому слой экзосферы имеет, по сравнению со слоем тропосферы, крайне низкий процент содержания молекул.
Теперь перейдем непосредственно к вопросу о том, почему в космосе нет воздуха. Собственно, с точки зрения физики и астрономии этот вопрос не на 100 % корректно сформулирован. Дело в том, что воздух присутствует даже в космосе. Единственное замечание — такой воздух не подходит ни для каких живых существ. Также стоит уточнить, что когда мы думаем над вопросом о том, почему в космосе нет воздуха, имеем ли мы в виду под словом «космос» непосредственно пустое пространство или атмосферу других планет?
Действительно ли в космосе нет воздуха?
Так, если мы говорим об атмосфере других планет, то стоит отметить, что каждая планета имеет свою собственную гравитацию. Эта гравитация также зависит от массы планеты, потому что это не что иное, как сила, влияющая на степень искривления пространства-времени. Чем больше масса тела (планеты или звезды), тем выше степень искривления. Это также значит, что чем больше масса тела, тем сильнее гравитация. На других планетах соотношение плотности молекул в различных слоях атмосферы и силы гравитации идентично природе отношений гравитации и атмосферы на планете Земля.
Итак, плотность молекул воздуха будет более высокой у поверхности планеты, а уменьшаться показатель плотности будет при движении вверх. Однако для существования живых организмов на этой планете состав молекул воздуха должен быть сбалансированным, подобно тому, что на Земле.
Но если говорить о пустом пространстве космоса, которое мы называем вакуумом, то следует также сказать, что на самом деле это совсем не вакуум. Потому что даже пустое пространство — это что-то. В нем также имеются молекулы водорода и некоторые другие частицы. Но плотность этих молекул и частиц крайне ничтожна, потому что на них не оказывает сильного влияния гравитационное поле какого-нибудь небесного объекта.
По этой причине мы говорим, что в космосе нет воздуха. Но на самом деле это неправда. В космическом пространстве все же существуют некоторые частицы.
Объяснение для детей: почему в космосе нет воздуха
Представьте себе большую пустую комнату (например, размером с город). Теперь вообразите, что вы оставили в ней муравья. Вероятность того, что вам удастся его найти, равна 1/1000000000. Вселенная — такая же комната, а поскольку газ имеет тенденцию занимать все свободное пространство, молекулы его отдаляются далеко друг от друга — их плотность крайне мала.
Это словно капля чернил в океане — ее не видно, она ни на что не влияет. Стоит отметить, что на самом деле из атмосферы Земли все-таки выходит определенный процент воздуха, который, попадая во вселенную, не оказывает никакого значительного эффекта на космическое пространство.
В целом космос — это настолько загадочно, что ученые до сих пор не выяснили, какими свойствами он обладает. Физики уверены, что в космическом пространстве даже существуют некоторые частицы, о которых мы еще не знаем. Итак, поскольку воздух состоит из частиц, молекул и т. д., будет неправильно, если мы скажем, что в космосе нет воздуха. Вместо этого мы должны спросить себя о том, какие частицы есть в космосе.