Astronomiya

Yerin ətrafında kosmik temperatur nə qədərdir?

Yerin ətrafında kosmik temperatur nə qədərdir?

Qara cismin Yerdən Günəşə qədər olan məsafədə tarazlıq temperaturu nə qədərdir?


Kürə bir qaraciyəriniz olduğunu düşünün.

Yerin radiusundakı günəş axını $ d / 1 $ au olduğu $ L / 4 pi d ^ 2 $ ilə yaxşı bir təxmini verilir. Bu $ f = 1367.5 $ W / m $ ^ 2 $ (buna baxmayaraq Yerlə Günəş arasındakı məsafənin bir orta 1 au).

Birdirsə qaradərili kürə üzərindəki bütün radiasiyanı özünə çəkir. Bunu düşünsək yalnız Günəşdən gələn şüalanma (ulduz işığı əhəmiyyətsizdir), daha sonra sferik qütb koordinatlarına inteqrasiyanın bir az hissəsi bədənin $ pi r ^ 2 f $ W mənimsədiyini bildirir, burada $ r $ radiusudur.

Əgər o zaman istilik tarazlığına çata bilirsə və bütün səth eyni temperaturdadırsa, onda bütün bu udulmuş gücü yenidən yayacaqdır. Buradan $$ pi r ^ 2 f = 4 pi r ^ 2 sigma T ^ 4, $$ burada $ T $ "qara cisim tarazlığı istiliyi" dir. Buradan $$ T = sol ( frac {f} {4 sigma} sağ) ^ {1/4} = 278.6 K $$


Bu cavab vermək üçün sadə bir sual deyil. Yerin maqnit sahəsinin təsirinin xaricində "kosmik" həqiqətən yüksək nominal temperaturu olan, lakin aşağı enerji sıxlığı olan günəş küləyi ilə dolur - başqa sözlə günəş küləyindəki hissəciklər çox sürətlə hərəkət edir, amma o qədər də çox deyil bunlardan.

Əgər davamlı günəş işığı altında olan qara bir cismin hansı temperatura çatacağını nəzərdə tutursan, o zaman yəqin ki, Yerin istiliyinə bənzər deyil, ancaq o zaman kosmos istiliyini deyil, əksinə günəş radiasiyasının intensivliyini ölçürsən.


Kosmik plazma nədir və dünya bundan necə istifadə edə bilər?

Kainat kosmik plazmadan ibarətdir? Kosmik plazma nədir? Maddənin dördüncü vəziyyəti haqqında daha çox məlumat üçün oxuyun.

Alimlər kosmik plazmanı maddənin qatı, maye və qazdan sonra dördüncü vəziyyəti adlandırırlar. Tərifə görə kosmik plazma hissəciklərin müəyyən bir hissəsinin ionlaşdırıldığı qaza bənzər bir maddə vəziyyətidir. Plazmalar Günəş Sistemində və ondan kənarda: günəş tacında və günəş küləyində, Yerin və digər planetlərin maqnitosferlərində, kometaların quyruqlarında, ulduzlararası və qalaktikalararası mühitlərdə və qara dəliklərin ətrafındakı disk disklərində tapılır. . Dünyada nüvə sintez reaktorunun içərisindən şam alovuna qədər olan plazmalar da var. (University College of London, 2019) Alimlər bu məlumatları nüvə enerjisi generatorlarına tətbiq edə bilmək üçün bacardıqları qədər plazma haqqında öyrənmək istəyirlər.


Bəs nə qədər soyuq ola bilər?

Mütləq Sıfır

Nəzəri olaraq, kainatdakı mümkün olan ən soyuq temperatur Mütləq Sıfır, -273.15 o C (-459.67 o F) və ya sadəcə 0 Kelvindir. Ancaq praktik olaraq danışsaq, bir maddənin Mütləq Sıfır temperaturuna çatması qeyri-mümkündür. Bir molekuldakı bütün kinetik enerji, yəni titrəmələri dayanacaq, buna görə Mütləq Sıfır temperaturda başqa bir istilik aça bilməz.

Bir çox fizik, bütün karyeralarını lazerlərdən və maqnit sahələrindən istifadə edərək Mütləq Sıfır temperaturda soyutmağa çalışdı, amma həqiqətən uğurlu olmadılar. Çünki Mütləq Sıfırda klassik fizika qanunları etibarlılığını itirir və kvant mexanikası daha çox yayılır. Əslində, kvant mexanikasının əsas qanunları hər hansı bir cisimin Mütləq Sıfır temperatura çatmasını qadağan edir. Bunun niyə qadağan etdiyini başa düşmək üçün Heisenberg prinsiplərini əhatə edən kompleks riyazi rəftarı tələb edəcəyini başa düşmək üçün başqa məqaləyə buraxacağıq.


Dərs Planı - Alın!

Göyə qalxa bilsəydiniz, kosmosa çıxmağınız nə qədər vaxt aparardı? Səyahət necə olardı? Hətta sağ qalardın? Tapmaq üçün oxuyun!

Dünyanı əhatə edən nazik bir hava təbəqəsi var. Bu hava bizimdir atmosfer. Hava spesifik bir şey deyil - Yer kürəsini əhatə edən qazların qarışığıdır. Qazın çox hissəsi azot (% 78) və ya oksigendir (% 21). Digər% 1 argon (% 0.9), karbon dioksid (% 0.03) və az miqdarda neon, helyum, metan, su buxarı, kripton, hidrogen və ksenon qarışığıdır. Məkanınızdan və ilin vaxtından asılı olaraq havada tozcuq da ola bilər.

Hava atmosferdə bərabər paylanmır. Yer səthindən yuxarı səyahət etsəydiniz, yüksəldiyiniz yerə getdikcə daha az hava düşərdi. Niyə?

Ağırlıq hava molekullarını Yer üzünə doğru çəkir, yəni "ən qalın" hava Yer səthinin üstündədir. Yuxarıya doğru hərəkət etdikdə və sizin hündürlük artır, hava getdikcə incəlir.

Yüksək yüksəkliklərdə oksigen molekulları da daxil olmaqla daha az hava molekulu var. Bu, yüksək hündürlükdə nəfəs almağı çətinləşdirir. Ekstremal dağ alpinistləri hava çox incəldikdə və normal nəfəs alaraq artıq oksigen ala bilmədikdə istifadə üçün oksigen tankları gətirirlər.

Hava təzyiqi haqqında daha çox məlumat üçün, altında tapılan Elephango dərsi ilə tanış olun Əlavə mənbələr sağ yan çubuqda.

Atmosferimiz fərqli təbəqələrə ayrılır. Bəzən temperatur yuxarı qalxdıqca artır, bəzən azalır. Temperatur dəyişikliyi hər dəfə istiqaməti dəyişdirəndə ayrı atmosfer təbəqələri arasındakı sərhədi göstərir.

Səthdən başlayaq və hər təbəqəyə bir-bir baxaq. Bir çox məlumat öyrənəcəyik, buna görə qeydlərinizi düzəltmə yolunuz olmalıdır. Çap et Atmosfer Qatları Qeyd Cədvəli altında tapıldı Endirilə bilən mənbələr sağ tərəfdəki çubuqda və oxuduqca doldurun.

Layer 1: Troposfer

Troposfer zəmin səviyyəsindən başlayır və təxminən 10 km (təxminən 6 mil və ya 33,000 feet) qədər uzanır. Troposferdən yuxarıya doğru hərəkət edərkən temperatur davamlı olaraq azalır. Bu səbəbdən də dağ zirvələri kimi yüksək nöqtələrin üstündə qar var.

Troposfer atmosferimizin demək olar ki, bütün buxarlarını ehtiva edir. Bu o deməkdir ki, buludlar və hava yalnız troposferdə mövcuddur.

Troposferin yuxarı hissəsində troposfer ilə növbəti təbəqə arasındakı sərhəd olan tropopoz adlı bir hissəyə çatırıq. Tropopozda temperatur nəhayət -60 & degF (-15 & degC) səviyyəsində azalmağı dayandırır və növbəti təbəqəyə girdiyimiz zaman artmağa başlamazdan əvvəl kifayət qədər sabit qalır: stratosfer.

Layer 2: Stratosfer

Stratosfer, troposferin bitdiyi yerdən başlayaraq Yer üzündən təxminən 50 km (31 mil) uzanır.

Stratosferdən yuxarı qalxdıqda, indi temperatur azalmaq əvəzinə artır. Buna baxmayaraq çox isti olmur və donma nöqtəsindən (0 & degC, 32 & degF) yuxarı qalxmazdan əvvəl temperatur artmağı dayandırır. Əksər ticarət təyyarələr üçün çox yüksək olmasına baxmayaraq, böyük reaktivlər troposferdə olan hava sistemlərindən qaçınmaq üçün stratosferdə uça bilər.

Stratosfer nisbətən sakitdir, çünki onsuz da dibində sərin, üstündə isti olduğundan konveksional hava hərəkəti çox deyil. Təəssüf ki, atmosferə atılan çirkləndiricilərin demək olar ki, durğun stratosferdə uzun müddət qalması da buna görədir. Bu daha da pisdir, çünki stratosfer ozon təbəqəmizin yerləşdiyi yerdir. Ozon təbəqəsi - təxmin etdiniz - ozondan (O3). Ozon bizi günəşin ən zərərli şüalarından qoruyur.

Stratosferin (stratopoz) zirvəsinə çatdıqda, hava indi Yer səthindən təxminən 1000 dəfə incədir.

Layer 3: Mezosfer

Mezosfer Yer üzündən təxminən 50 km (31 mil) ilə 85 km (53 mil) arasında mövcuddur. Mezosferdən yuxarıya doğru hərəkət edərkən temperatur bir daha azalır. Mezosfer haqqında çox şey bilinmir, çünki təyyarələrə və ya hava balonlarına çatmaq üçün çox yüksəkdir. Peyklər belə bizə çox məlumat verə bilməzlər, çünki onlar Yer kürəsini mezosferin üstündə dövr edirlər və bu müəmmalı təbəqədəki şəraiti birbaşa ölçə bilmirlər.

Əks təqdirdə Dünyanı vuracaq meteorların əksəriyyəti mezosferdə buxarlanır. Bəzi meteor parçaları bu təbəqədə qalır, bu da bu təbəqənin metalların bir qədər yüksək konsentrasiyasına səbəb olur. Mezosferin yuxarı hissəsində atmosferimizin dördüncü qatına girmədən əvvəl mezopoza çatırıq: termosfer.

Layer 4: Termosfer

Termosfer Yer üzündən təxminən 90 km-dən (56 mil) 500 ilə 1000 km (311-621 mil) arasında uzanır. "Xarici məkan" rəsmi olaraq bu qatdan 100 km yüksəklikdə (62 mil) başlayır. Yolumuzda bu nöqtəyə çatmaq üçün magistral sürətlə təxminən bir saat sürmək lazımdır!

Termosfer gün ərzində çox isti, gecə isə soyuqdur. Hava sıxlığı burada o qədər azdır ki, termosferin böyük hissəsi texniki olaraq məkanın bir hissəsi hesab olunur. Günəş xüsusilə aktiv olduqda, termosfer daha çox rentgen və ultrabənövşəyi radiasiyanı udmaq üçün şişir.

Həddindən artıq istiliklər səbəbindən insanların termosferada hər hansı bir vaxt keçirməsinə icazə vermək çətin olardı, əksər peyklər Yer kürəsini orbitdə gəzir. Uydular qlobal yerləşdirmə məlumatlarını (GPS), radio və televiziya siqnallarını və hətta hava ölçmələrini yenidən dünyaya göndərmək daxil olmaqla müxtəlif məqsədlər üçün istifadə olunur.

Termosfer də aurora, Yerin şimal və cənub işıqlarına ev sahibliyi edir. Bu işıqlar kosmosdan yüklənmiş hissəciklərin molekul və atomlarla toqquşması nəticəsində meydana gəlir. Bu, hissəcikləri daha yüksək bir enerji vəziyyətinə göndərir və sonra gördüyümüz işıq kimi əlavə enerji yayılır.

Layer 5: Ekzosfer

Ekzosfer son atmosfer qatımızdır. Burada hava o qədər incə ki, kosmosdakı şərtlərlə eynidir. Ekzosferin dibi (və termosferin üstü) termopoz və ya ekzobaza adlanır və planetimizdən təxminən 1000 km (620 mil) yüksəklikdə yerləşir.

Bu təbəqədə çox şey yoxdur. Hətta Beynəlxalq Kosmik Stansiya (ISS) ekzosferin altından çıxır. Qaz hissəcikləri o qədər uzaqlara yayılır ki, hətta nadir hallarda toqquşurlar, əvəzində vaxtlarını məqsədsiz və narahat olmayaraq keçirirlər.

Ekzosferin üst hissəsini müəyyən etmək çətindir, çünki tədricən xarici məkanda azalır. Bəzi elm adamları ekzosferin əslində atmosferimizin bir hissəsi olduğunu və termosferin üst qat olması lazım olduğunu düşünmürlər. Bununla birlikdə, əksər elm adamları ekzosferi atmosfer qatına aid edirlər.

İstifadə edin Ekzosfer T-qrafası altında tapıldı Endirilə bilən mənbələr düşüncələrinizi düzəltmək üçün sağ tərəfdəki çubuqda. Cədvəlin bir tərəfində ekzosferin atmosfer təbəqəsi sayılmasının səbəblərini sadalayın. Digər tərəfdən qarşı olan səbəbləri sadalayın.

Bir dəfə tamamladıqdan sonra Ekzosfer T-qrafası, keçin Anladım? atmosferimizi təşkil etmək üçün bölmə!


Space necə soyuqdur?

Dünyadan dünyaya, ulduzdan ulduza, qalaktikalararası məkan körfəzlərinə səyahət edə bilsəydiniz, ulduzların istiliyindən uzaqlaşaraq boşluğun geniş və soyuq dərinliklərinə gedərdiniz.

Daha yaxşı bir süveter yığın, soyuyacaq.

Bəs nə qədər soyuq? Yer nə qədər soyuqdur?

Evinizdən, avtomobilinizdən və ya üzgüçülük hovuzunuzdan fərqli olaraq yer boşluğunun temperaturu yoxdur.

Bəs yer nə qədər soyuqdur? Bu cəfəng bir sualdır. Yalnız bir qaya və ya bir astronavt kimi bir şeyi kosmosa qoyduğunuzda temperaturu ölçə bilərsiniz.

İstinin ötürülməsinin üç yolu olduğunu unutmayın: keçiricilik, konveksiya və radiasiya.

Bir metal çubuğun bir tərəfini qızdırın, digər tərəfi də isti olacaq, bu da keçiricidir. Sirkulyasiya edən hava istiliyi otağın bir tərəfindən konveksiya olan digər tərəfə ötürə bilər. Ancaq boşluğun boşluğunda istilik ötürmənin yeganə yolu radiasiyadır.

Enerji fotonları bir cisim tərəfindən mənimsənilir, istilənir. Eyni zamanda fotonlar uzaqlaşır.

Əgər cisim yaydıqdan daha çox foton udursa, isinir. Və udandan çox foton yayarsa, soyuyur.

Bir obyektdən daha çox enerji çıxara bilməyəcəyiniz bir nəzəri nöqtə var, bu minimum mümkün temperatur mütləq sıfırdır. Bir saniyədə görəcəyimiz kimi, heç vaxt ora gedə bilməzsən.

Evə yaxın, planetin orbitində, Beynəlxalq Kosmik Stansiyada baxaq.

Kosmosda, daimi günəş işığı altında çılpaq metal parçası Selsi üzrə iki yüz altmış (260) dərəcə qədər isti ola bilər. Bu, stansiyadan kənarda işləməli olan astronavtlar üçün təhlükəlidir.

Çılpaq metalla işləməli olduqları təqdirdə, özlərini qorumaq üçün xüsusi örtüklərə və ya yorğana sararlar.

Yenə də kölgədə bir obyekt -100 dərəcə Selsiyə qədər soyuyacaq.

Astronavtlar Günəşə baxan tərəflə kölgədəki tərəf arasında temperaturda böyük fərqlər yaşaya bilər. Onların spacesuits, qızdırıcılar və soyutma sistemlərindən istifadə edərək bunu kompensasiya edir.

Bir az daha danışaq. Günəşdən uzaqlaşarkən kosmosdakı bir cisimin temperaturu aşağı düşür.

Plutonun səth temperaturu mütləq sıfırdan yalnız 33 dərəcə yuxarıda -240 Selsi qədər ala bilər.

Qalaktikamızdakı ulduzlar arasındakı qaz və toz buludları mütləq sıfırdan yalnız 10 ilə 20 dərəcə yuxarıdır.

Kainatdakı hər şeydən uzaq bir yerə səyahət etsəniz, heç minimum 2,7 Kelvin və ya -270,45 Selsi səviyyəsindən heç vaxt ala bilməzsiniz.

Bu, bütün Kainata nüfuz edən kosmik mikrodalğalı fon radiasiyasının temperaturu.

Kosmosda? Ala biləcəyi qədər soyuqdur.

Daha çox qaynaq istəyirsiniz? Hərarət haqqında Astronomiya Cast adlı bir epizodu qeyd etdik.


Astronomiya QZ08

radioaktivlik uranın çürüməsindən nüvədə metallar yaratdı.

İçəridə əridildiyi bir dövrdə metallar mərkəzə batdı.

keçiricilik fərqləndirmə yığılması

ötürücü konveksiya püskürməsi

yığılma fərqliliyi radioaktivlik

meteorlar və günəş sistemi zibilləri tərəfindən tez-tez vurulur.

yüksək daxili temperaturlara malikdir.

mantiya və litosferin sıxılmasına səbəb olan mantedəki konveksiya hüceyrələrinin dövriyyəsi

asteroidlərin və planetin heyvanlarının təsirləri

litosferi bükən və çatlayan ağır vulkanlar yaradan vulkanizm

geoloji xüsusiyyətlərin küləyin və suyun, buzun və planetar havanın digər hadisələrinin təsirlənməsinin azalması

planetin səthinin daxili streslərlə pozulması

planetin səthinə vuran asteroidlər və ya kometlər tərəfindən qab şəklində çökəkliklərin qazılması


Kosmik və Yer Elmi arasında nə əlaqə var?

Yer elmləri geologiya, okeanoqrafiya, meteorologiya və astronomiyanın dörd əsas tədqiqat sahəsini əhatə edir. Bu sahələrin hər biri dünyadakı həyatı müxtəlif yollarla təsir edir. Bəzən kosmik elm adlanan Astronomiya, Yer atmosferinin xaricindəki digər planetlər, ulduzlar, günəş və ay və digər günəş sistemləri kimi şeylərin öyrənilməsidir. Kosmos və yer elmi çox sayda, ilk növbədə planetar temperatur və okean dalğaları ilə əlaqəlidir. Asteroidlər və digər kosmik zibillər atmosferə daxil olduqda Yerdəki həyatı daha da təsir edə bilər.

Yer üzündə həyat boşluqda baş vermir. Kosmik və yer elmi arasında əlaqə heyvanların və bitki örtüyünün dəstəklənməsi üçün çox vacibdir. Məsələn, fəsillər Yerin Günəş ətrafındakı orbit yolu boyunca yerləşməsinə görə təyin olunur. Eynilə, gündüzlər və gecələr Yerin öz oxunda fırlanması ilə təyin olunur. Günəşdən gələn işıq və enerji olmasa, bəşəriyyət məhsul yetişdirmək, mal-qara yetişdirmək və ya hətta müəyyən coğrafi ərazilərdə sağ qalmaq qabiliyyətinə sahib olmazdı.

Eynilə, kosmik və yer elmi daha da əlaqəlidir, çünki ay okean dalğalarını təsir edir. Yer kürəsi fırlandıqda, ayın cazibə qüvvəsi ilə birbaşa rəqabət edən mərkəzdənqaçma bir qüvvə yaradır. Yüksək tide və aşağı tide, Ayın cazibə qüvvəsi ilə müqayisədə Yerin gündəlik fırlanma yerində olduğu ilə təyin olunur. Dünyanın bir sahəsi birbaşa ayla eyni olduqda, ya Aydan cazibə qüvvəsi, ya da Yerdən mərkəzdənqaçma qüvvəsi planetin hansı tərəfi aya baxdığına görə yüksək bir dalğa yaradır. Eyni zamanda digər ərazilərdə aşağı dalğalar yaşanır.

Kosmik və yer biliyi arasındakı əlaqələr, asteroidlər dünyaya yaxınlaşdıqda və ya meteoritlər quruya vurduqda yenidən görünür. Alimlər inanırlar ki, böyük bir meteorit dinozavrlar da daxil olmaqla tarixdən əvvəlki həyatın çox hissəsinin yox olmasından məsuldur. Daha çoxları başqa bir böyük meteoritin Yer kürəsini vurma ehtimalının yüksək olduğuna inanır. Belə bir meteorun mümkün ölçüsü və onun yer üzündəki həyata təsiri ilə bağlı suallar kosmik elmlərin bütün alt ixtisaslarını əhatə edən çoxsaylıdır.

Tədqiqatçılar və elm adamları kosmik və yer elminin necə əlaqəli olduğunu daha dərindən anlamaq üçün astronomiya öyrənirlər. Göy cisimlərinin, planetlərin, cazibə qüvvəsinin və digər qüvvələrin regional iqlimlərə, hava şəraitinə, okean dalğalarına və yer üzündəki həyatın bənzər tərəflərinə necə təsir etdiyini anlamaqla, elm adamları bəşəriyyəti təsir edəcək dəyişiklikləri və böyük hadisələri proqnozlaşdıra bilərlər. Astronomlar, geoloqlar, meteoroloqlar və okeanoqraflar adətən insanın Yerin necə işlədiyi və Kainata necə uyğunlaşması barədə anlayışını daha da genişləndirmək üçün öyrəndikləri məlumatları bölüşürlər.


Yerin ətrafında kosmik temperatur nə qədərdir? - Astronomiya

Kosmosda nə qədər soyuqdur? Bu sual aramızdakı geekləri "2.7K" ilə boruya təhrik etməyə məcbur edəcəkdir. 2.7 Kelvin üçün və ya mütləq sıfırdan 2.7 dərəcə yuxarıda, Böyük Partlayışdan vahid bir fon şüalanması və ya “sonrakı parıltı” tərəfindən istehsal olunan istilikdir.

Ancaq asın. Aydındır ki, Yer atmosferinin xaricində addımladığınız anı aşağı endirən temperaturlara dəyməzsiniz. Dünyanı istiləşdirmək üçün Günəşdən istilik axır və şüalarına məruz qalan digər cisimləri də istiləşdirəcəkdir. İşləri çətinləşdirəcək praktiki olaraq heç bir atmosferi olmayan Ayı götürün. Günəş işığı tərəfində Ay Səhradan daha istidir - 120C (248F) səviyyəsini aşa bilər. Ancaq qaranlıq tərəfdən mənfi 170C (–338F) səviyyəsinə düşə bilər.

Bəs öz kosmik qonşuluğumuzda nə qədər soyuq ola bilər? Bu boş sual deyil. İnsanlar bir yana, oraya kosmik aparatlar göndərməyi düşünürsünüzsə, cavabı bilməlisiniz. Eyni zamanda soyuq olduğunu düşündüyünüz üçün kosmosda aşağı temperaturlu fizika təcrübələrini aparmaq istəyirsinizsə, cavabı da bilməlisiniz.

Əlbəttə ki, atom səviyyəsində hissəcik davranışını öyrənmək istəsəniz, yer üzündə aşağı temperaturlu fizika təcrübələri edə bilərsiniz - maye-helium soyuducu laboratoriyada 4K (-269C / -452F) -dən aşağı temperatur göndərir və bəzi təcrübələr mütləq sıfırın bir kelvinin yalnız bir neçə milyard hissəsinə çatdı. Ancaq bəzi planlaşdırılmış işlər də sıfır ağırlıq tələb edir. Bunu qısa müddətə sərbəst uçan hava uçuşlarında Yer üzündə əldə edə bilərsiniz, ancaq bir neçə saniyədən uzun müddətə kosmosa getmək lazımdır.

MAQRO adlanan belə bir təcrübə, kvant nəzəriyyəsinin təməl xüsusiyyətlərini sınamağa və bəlkə də cazibə qüvvəsinin kvant mənzərəsindəki incə təsirləri axtarmağa ümid edir - fiziklərin indiyə qədər yalnız ən dəhşətli ifadələrlə görə bildikləri bir şey. Beləliklə, MAQRO-nun arxasındakı elm adamları, sınaqların işləyə bilməsi üçün əslində, aparatı daşıyan bir kosmik gəmidə kifayət qədər soyumağın mümkün olub-olmadığını araşdırdılar.

MAQRO keçən il Vyana Universitetindən Rainer Kaltenbaek və Markus Aspelmeyer və həmkarları tərəfindən təklif edildi. Təcrübə kvant nəzəriyyəsindəki ən dərin tapmacalardan birini araşdırmağı hədəfləyir: elektron və atom kimi əsas hissəcikləri idarə edən qaydalar gündəlik dünyanın "klassik" fizikasına necə və ya niyə yol verir? Niyə kvant hissəcikləri bəzən dalğalar kimi davranır, futbollar yox?

Heç kim bu sözdə kvant-klassik keçidini tam anlamır. Ancaq ən sevilən izahatlardan biri dekoherence adlı bir fikri səsləndirir, yəni bir sistemin kvant davranışı ətraf mühitin pozucu təsirləri səbəbiylə qarışıqlaşır və nəticədə silinir. Bu effektlər sistemin tərkibindəki hissəciklərin sayı artdıqca güclənir, çünki ətraf mühitin qarışması üçün daha çox seçim var. Görmək üçün kifayət qədər böyük, saysız-hesabsız trilyon atomu olan cisimlər üçün ayrışma bir anda meydana gəlir və klassik davranışın lehinə kvant təsirlərini yuyur.

Bu şəkildə, ətraf mühitdən mükəmməl şəkildə təcrid edə bilsəydiniz, nə qədər böyük olursa olsun, hər hansı bir sistemdə “kvant xüsusiyyətini” qorumaq mümkün olmalıdır. Prinsipcə, hətta futbollar dalğa hissəcikləri ikililiyini göstərər və eyni anda iki vəziyyətdə və ya iki yerdə mövcud ola bilər. Ancaq hələ də spekulyativ və sınaqdan keçirilməmiş bəzi nəzəriyyələr, bəlkə də hələ tutulmayan bir kvant cazibə nəzəriyyəsi haqqında bir şeyi açıqlayacaq təsirləri səbəbiylə böyük, kütləvi cisimlərdə bu qəribə davranışın qarşısını başqa bir şey alacaqlarını israr edirlər.

Yəni MAQRO üçün paylar böyük ola bilər. Təcrübə aparatının özü çox ekzotik olmazdı. Kaltenbaek və həmkarları, superpozisiya adlanan iki kvant vəziyyətində bir anda “böyük” bir hissəcik (bir mikrometrenin onda biri) yerləşdirmək üçün lazer şüalarından istifadə etməyi və daha sonra dekoherensiyanın bu superpozisiyanı necə məhv etdiyini lazerlərlə araşdırmağı təklif edirlər. ). Aparat çox soyuq olmalı idi, çünki əksər kvant effektlərində olduğu kimi istilik həssas bir superpozisiyanı pozacaqdı. Təcrübəni bir kosmik gəmidə sıfır cazibə ilə həyata keçirmək, cazibənin həqiqətən kvant-klassik keçiddə rol oynayıb-oynamadığını göstərə bilər. Hər şeyi bir kosmik gəmiyə qoymaq ətraf mühitdən xəyal edə biləcəyi qədər mükəmməl bir təcridə yaxın olardı.

Ancaq indi Kaltenbaek və həmkarları, Almaniyanın Friedrichshafen şəhərindəki Avropanın aparıcı kosmik texnologiya şirkəti Astrium Satellites-in tədqiqatçıları ilə əməkdaşlıq edərək aparatın həqiqətən nə qədər soyuq ola biləcəyini araşdırdılar. Disk şəklində bir kosmik gəminin arxasındakı bütün eksperimental komponentləri olan bir "dəzgahı" və günəşdən qoruyaraq daha çox istilik izolyasiya qatını təsəvvür edirlər. Beləliklə, kosmik gəminin əsas gövdəsi istismar avadanlığının tələb edəcəyi təqribən 300K (27C / 80F) temperaturda saxlanılsa da, dəzgah daha soyuq ola bilər.

Bəs nə qədər? Tədqiqatçılar, kosmik gəminin əsas diski ilə dəzgah arasındakı üç termal qalxanla dəzgahın özünün temperaturunu 27K (-246C / -411F) -ə qədər çatdırmaq mümkün olduğunu hesablayır. İstiləşmənin çox hissəsi dəzgahı və qalxanları əsas diskə aparan dayaqlardan keçəcəkdir.

Bu, MAQRO təcrübəsinin yaxşı işləməsi üçün həqiqətən soyuq deyil. Ancaq test hissəcikinin özü dəzgahın üstündəki boş yerdə tutulacaq və bu daha soyuq olardı. Öz başına 8K (–265C / –445F) -ə çata bilərdi, lakin ətrafdakı bütün eksperimental komponentlərlə, bütün şüalanan istiliklə 16K-a (–257C / –430F) çatır. Hesab etdikləri kimi, bu, daxili kütlənin (bəlkə də cazibə qüvvəsi ilə) böyük bir cisimdə əlaqələndirilməsini tətbiq edəcəyini irəli sürən bütün əsas nəzəriyyələr üçün proqnozlaşdırılan ayrışma dərəcələrini sınamaq üçün kifayətdir. Başqa sözlə, MAQRO, bu modellərin səhv olduğunu müəyyən edəcək qədər soyuq olmalıdır.

Təcrübə istisna edilməyən hər hansı bir nəzəriyyəni ayırd edə bilərmi? Baxılması lazım olan başqa bir məsələ var. Ancaq ölçünün kvant mexanikasında vacib olduğunu bilmək böyük bir tapıntı olardı. Əlbəttə, daha böyük sual, kiminsə MAQRO - kosmik elm getdikcə ucuz bir sınaq - vuruşa dəyər verəcəyini düşünüb-etməməsidir.

Bu məqaləyə və ya Gələcəkdə gördüyünüz başqa bir şeyə münasibət bildirmək istəyirsinizsə, bizim məqaləyə keçin Facebook səhifəsi və ya bizə mesaj göndərin Twitter.


Radiasiya Qanunları

Temperatur və elektromaqnit şüalanma arasındakı əlaqəni daha kəmiyyət olaraq başa düşmək üçün a adlanan ideal bir cisim xəyal edirik qaradərili. Belə bir cisim (sviterinizdən və ya astronomiya təlimatçısınızın başından fərqli olaraq) heç bir şüanı əks etdirmir və səpmir, əksinə üzərinə düşən bütün elektromaqnit enerjisini özünə çəkir. Yudulan enerji, içindəki atomların və molekulların titrəməsinə və ya artan sürətlərdə hərəkət etməsinə səbəb olur. İstiləşdikcə bu cisim udma və radiasiya tarazlıqda olana qədər elektromaqnit dalğaları yayacaq. Belə bir idealizə edilmiş obyekt haqqında danışmaq istəyirik, çünki gördüyünüz kimi, ulduzlar təxminən eyni şəkildə davranırlar.

Bir qara cisimdən gələn radiasiya, Şəkil 3-də göstərildiyi kimi bir neçə xüsusiyyətə malikdir. Qrafikdə hər dalğa uzunluğunda fərqli temperaturlu cisimlərin buraxdığı güc göstərilir. Elmdə söz güc saniyədə düşən enerji deməkdir (və ümumiyyətlə ölçülür vat, yəqin ki, ampul almaqdan tanışsınız).

Şəkil 3: Radiasiya Qanunları Təsvirli. Bu qrafik, dörd fərqli temperaturda cisimlər üçün hər dalğa boyunda neçə fotonun ayrıldığını ixtiyari vahidlərdə göstərir. Görünən işığa uyğun dalğa boyları rəngli lentlər tərəfindən göstərilir. Diqqət yetirin ki, daha isti temperaturda, bütün dalğa boylarında daha çox enerji (foton şəklində) yayılır. Temperatur nə qədər yüksəkdirsə, enerjinin pik miqdarının şüalandığı dalğa uzunluğu o qədər qısa olur (bu, Wien qanunu kimi tanınır).

Əvvəla, əyrilər hər bir temperaturda qara cisim cisimimizin bütün dalğa boylarında (bütün rənglərdə) radiasiya (foton) yaydığını göstərir. Çünki hər hansı bir qatı və ya daha sıx qazda bəzi molekullar və ya atomlar titrəyir və ya toqquşmalar arasında orta səviyyədən daha yavaş, bəziləri isə ortalamadan daha sürətli hərəkət edir. Beləliklə, yayılan elektromaqnit dalğalarına baxdığımızda, geniş bir enerji və dalğa uzunluğuna və ya spektrinə rast gəlirik. Orta vibrasiya və ya hərəkət sürətində (hər əyrinin ən yüksək hissəsi) daha çox enerji yayılır, lakin çox sayda atom və ya molekula sahibiksə, hər dalğa boyunda bir az enerji aşkar ediləcəkdir.

İkincisi, daha yüksək bir temperaturda olan bir cismin bütün dalğa boylarında soyuducudan daha çox güc yaydığına diqqət yetirin. İsti qazda (məsələn (Şəkil 3) hündür əyrilərdə atomlar daha çox toqquşur və daha çox enerji verirlər.) Ulduzların gerçək dünyasında bu, daha isti ulduzların hər dalğa boyunda soyuduğundan daha çox enerji verməsi deməkdir ulduzlar.

Üçüncüsü, qrafik bizə göstərir ki, temperatur nə qədər yüksəkdirsə, maksimum gücün buraxıldığı dalğa uzunluğu o qədər qısadır. Unutmayın ki, daha qısa dalğa uzunluğu daha yüksək tezlik və enerji deməkdir. Deməli, isti cisimlərin enerjilərinin daha qısa bir dalğa uzunluğunda (daha yüksək enerjilər) soyuq cisimlərə nisbətən daha böyük bir hissəsi verməsi mantiqidir. Gündəlik həyatda bu qaydanın nümunələrini müşahidə etmiş ola bilərsiniz. Elektrikli soba üzərindəki bir brülör aşağı işə salındıqda, yalnız istilik yayır, bu da infraqırmızı radiasiyadır, lakin görünən işıqla parlamır. Brülör daha yüksək bir temperatura qoyulubsa, solğun bir qırmızı parlamağa başlayır. Hələ də daha yüksək bir vəziyyətdə daha parlaq narıncı-qırmızı rəngdə parlayır (daha qısa dalğa boyu). Adi sobalarla əldə edilə bilməyən daha yüksək temperaturlarda metal parlaq sarı və ya hətta mavi-ağ kimi görünə bilər.

Bu fikirləri ulduzların temperaturunu ölçmək üçün kobud bir növ & # 8220termometr & # 8221 təklif etmək üçün istifadə edə bilərik. Bir çox ulduz enerjisinin çox hissəsini görünən işıqda verdiyindən, bir ulduzun görünüşünə hakim olan işıq rəngi onun temperaturunun kobud göstəricisidir. Bir ulduz qırmızı, digəri mavi kimi görünürsə, hansının temperaturu daha yüksəkdir? Mavi daha qısa dalğa boyu rəng olduğundan daha isti bir ulduzun işarəsidir. (Diqqət yetirin ki, elmdə fərqli rənglərlə əlaqələndirdiyimiz temperaturlar sənətkarların istifadə etdikləri ilə eyni deyil. Sənətdə qırmızı rəngə tez-tez & # 8220hot & # 8221 color, blue a & # 8220cool & # 8221 color deyilir. Eyni şəkildə, biz də isti temperaturu göstərmək üçün kran və ya kondisioner nəzarətində qırmızıya, soyuq istiliyi göstərmək üçün mavi rəngə baxın. Bunlar gündəlik həyatda, təbiətdə bizim üçün adi istifadə olsa da, əksinədir.)

Bir ulduzun hər dalğa boyunda nə qədər enerji verdiyini ölçərək və Şəkil 3 kimi diaqramlar quraraq daha dəqiq bir ulduz termometrini inkişaf etdirə bilərik. Hər ulduzun güc əyrisindəki zirvənin (və ya maksimum) yerləşməsi bizə onun temperaturunu deyə bilər. Gördüyümüz şüalanmanın yayıldığı Günəş səthindəki orta temperatur 5800 K olur (Bu mətn boyu biz kelvin və ya mütləq temperatur şkalasından istifadə edirik. Bu miqyasda su 273-də donur. K və 373 K-də qaynayır. Bütün molekulyar hərəkət 0 K-da dayandırılır. Müxtəlif temperatur tərəziləri Elmdə istifadə olunan bölmələrdə izah olunur.) Günəşdən daha sərin ulduzlar və Günəşdən daha isti ulduzlar var.

Maksimum gücün çıxdığı dalğa uzunluğu tənliyə görə hesablana bilər

burada dalğa uzunluğu nanometrlərdə (metrin milyarddan biri) və temperatur K-dadır. Bu əlaqəyə deyilir Wien qanunu. Günəş üçün maksimum enerjinin atıldığı dalğa uzunluğu 520 nanometrdir ki, bu da elektromaqnit spektrinin görünən işıq adı verilən hissəsinin ortasına yaxındır. Digər astronomik cisimlərin xarakterik temperaturu və güclərinin çox hissəsini yaydıqları dalğa uzunluqları Cədvəl 1-də verilmişdir.

Nümunə 1: Qaraciyərin istiliyinin hesablanması

Wien qanunundan istifadə edərək ulduzun temperaturunu hesablamaq üçün spektri üçün pik intensivliyinin dalğa uzunluğunu bilirik. Qırmızı cırtdan bir ulduzdan çıxan radiasiya 1200 nm-də maksimum gücdə bir dalğa uzunluğuna sahibdirsə, bu ulduzun bir qara cisim olduğunu düşünərək onun temperaturu nə qədərdir?


Videoya baxın: Sevinc Haqverdizadə Ay ilə Yer arasındakı məsafə təsadüfi deyil (Sentyabr 2021).