Марс — це один з представників земної групи, середня температура поверхні якої нижче нуля. Він найближчий з наших сусідів, а тому його дослідження особливо цікавить людство. У перспективі це варіант першої міжпланетної колонізації. А знання температурних режимів це розуміння початкових умов колонізації. Відомості про температурний режим Марса дозволять будувати теорії про температурах інших планет.
Загальні відомості
Демонстрація «Гаряче скло» в музеї скла в місті Корнінг, штат Нью-Йорк. Професійний склодув працює з грудкою розплавленого скла на кінці стеклодувной трубки. Пізніше вона зробить з нього вазу.
Температура — фізична величина, яка визначає кількість теплоти в тілі або матерії. Температуру також можна визначити як кількість кінетичної енергії в частинках, складових тіло або матерію. Енергія передається від тіл з більш високою температурою до тіл більш з низькою температурою, поки не буде досягнуто термодинамічна рівновага, тобто, поки температура обох тіл не зрівняється. Цей процес називається теплопередачей. Наприклад, якщо відкрити взимку вікно, тепле повітря в кімнаті буде передавати тепло холодному повітрю на вулиці доти, поки температура повітря на вулиці і в кімнаті не стане однаковою. У різних матеріалах тепло передається по-різному, в залежності від їх теплопровідності. Матеріали з високою теплопровідністю нагріваються і охолоджуються швидше, ніж матеріали з низькою. Для теплоізоляції, наприклад, в будівництві, використовуються саме матеріали з низькою теплопровідністю.
Температуру вимірюють за допомогою термометра, і найнижча температура, яка можлива — це -273,15 ° C. Ця температура називається абсолютним нулем.
Читайте також: Як приготувати хрін на зиму — рецепти
Одиниці виміру температури
Температуру вимірюють у градусах, але існують кілька температурних шкал: Цельсія (° C, найпоширеніша шкала в світі), Фаренгейта (° F, яка використовується в США і деяких інших країнах), і Кельвіна (К, використовувана у фізиці та інших точних науках). Різниця між шкалами Цельсія і Кельвіна в тому, що за нуль прийнята різна температура. За Цельсієм — це температура замерзання води, в той час як за Кельвіном — це абсолютний нуль, тобто -273,15 ° C. Шкала Фаренгейта відрізняється від шкали Цельсія не тільки температурою, прийнятої за нуль, але ще і різницею між величиною одного градуса. Для перекладу градусів Цельсія в градуси Фаренгейта використовують формулу:
° C = 5/9 (° F — 32).
Температура замерзання води дорівнює 32 ° F.
у системі СІ використовуються градуси шкали Кельвіна, звані Кельвіна (К).
Електричний розряд в плазмової лампі
Градусная міра кута
Якщо взяти розгорнутий кут (це два прямих кута) і поділити його на 180 частин, то одна така частина буде називатися одним градусом. Для того, щоб виміряти градусну міру кута, необхідно порахувати, скільки разів 1 градус входить в даний кут. Отримане число і буде відповіддю.
Якщо кут такий, що його не можна виміряти цілим числом, або ж він менше одиничного кута, то використовують такі заходи вимірювання як кутові хвилини і секунди.
Якщо градус поділити на 60 частин, то однієї такої частиною буде хвилина . У свою ж чергу, якщо хвилину розділити на ті ж 60 частин, то отриманим числом буде 1 секунда .
Температура в фізиці і хімії
Агрегатний стану речовин (плазма, газ, рідина, тверде тіло) визначається температурою. У будь-якому тілі молекули коливаються, причому при збільшенні температури цей рух прискорюється, так само, як і кінетична енергія цих молекул. Чим більше швидкість коливання молекул, тим легше їм розійтися на більшу відстань один від одного. Для кожного агрегатного стану речовини існує певний поріг відстані між молекулами. Це відстань найменше в твердих тілах, і найбільше в газах і плазмі. Матеріали, які не змінюють агрегатний стан при високих температурах, називаються вогнетривкими матеріалами
. Наприклад, багато керамічні суміші вогнетривкі, бо не плавляться при температурах до 1000 ° C. Їх часто використовують на виробництві, наприклад в печах з дуже високою температурою. Деякі матеріали плавляться при високій температурі, в той час як інші матеріали, як наприклад, дерево, згоряють. Діапазон температур, при яких речовини можуть перебувати в стані рідини, невеликий. При переході цього порога, рідини перетворюються в гази. При подальшому нагріванні, атоми розкладаються на заряджені частинки, іони і електрони — процес, званий іонізацією. Частково або повністю іонізований газ називається плазмою. Більша частина матерії у Всесвіті знаходиться саме в стані плазми.
Температура впливає на електропровідність речовин і служить каталізатором хімічних реакцій. Зміна температури уповільнює або, навпаки, прискорює їх.
Потрійна точка води
Потрійна точка води
— температура і тиск, при яких вода може одночасно і равновесно існувати у вигляді трьох фаз — в твердому (лід), рідкому і газоподібному (пара) станах. Потрійна точка води — температура 0,01 ° С (273,16 К) і парціальний тиск водяної пари 611,73 Па. При таких умовах для перетворення всієї води в пар, лід або рідкий стан досить тільки трохи змінити тиск або температуру. Потрійна точка води відповідає мінімальному тиску, при якому рідка вода може існувати. При тиску нижче потрійної точки (наприклад, у відкритому космосі) твердий лід сублімується в пару, минаючи рідкий стан. При параметрах вище потрійної точки лід при нагріванні спочатку переходить в рідкий стан і тільки потім, при більш високих температурах, вода кипить і випаровується. Потрійна точка води іноді використовується як опорна, наприклад, для калібрування вимірювальної апаратури і термометрів. Для цього використовуються ампули потрійної точки води. Ці ампули забезпечують отримання температури точно 0,01 ° С або 273,16K.
Ефективна температура
Ефективною температурою тіла називається температура такого абсолютно чорного тіла, кожен квадратний сантиметр якого випромінює у всьому спектрі такої ж потік, як і квадратний сантиметр даного тіла.
Читайте також: Солона риба як прибрати зайву сіль. Способи вимочування пересоленої оселедця
Абсолютно чорне тіло
— тіло, яке поглинає падаюче на нього випромінювання у всьому діапазоні спектра.
Таку температуру можна обчислити з закону Стефана-Больцмана, який говорить, що потужність випромінювання абсолютно чорного тіла пропорційна четвертого ступеня температури. Так, наприклад, для Землі це значення досягає приблизно 250 К, що становить -23 ° C, але з іншого боку відомо, що у поверхні Землі температура в середньому вище, в районі +15 ° C. Дане невідповідність зі значенням ефективної температури пояснюється тим, що Земля має атмосферу, а значить є вплив парникового ефекту, який допомагає Землі зберігати тепло. Таким чином значення в 250 К, це температура верхніх шарів атмосфери нашої планети. Тобто, ефективна температура Землі — це температура, яку видно з космосу.
Знаючи ефективну температуру зірки, можна дізнатися до якого спектрального класу
вона відноситься, інакше кажучи, визначити в якому діапазоні довжин хвиль або частот зірка випромінює. У Сонця ефективна температура близько 6000 К, і максимум енергії випромінювання припадає на 470 нм, що відповідає зеленої частини спектра, а не жовтого, як здається людському оку.
15-метрова рупорно-параболічна антена, за допомогою якої А. Пензиасом і Р. Вільсоном було зареєстровано реліктове випромінювання. За це відкриття їм була вручена Нобелівська премія. Джерело: НАСА
Чому на Марсі холодно
Теплу нема за що зачепитися, і воно розходиться. В результаті утворюється замкнутий цикл, коли різкі скачки з плюса на мінус в різних зонах викликають глобальні пилові бурі, які ще більше розсіюють тепло по всіх закутках. Через розрядженою атмосфери такі урагани здатні переносити великі маси пилу і піску на далекі відстані.
Повітряне середовище не здатна затримати і відобразити енергію назад до псевдосфері, внаслідок чого, вона замість витрати на нагрів йде в космос.
Причини, що викликають зниження температури на Марсі.
- Відстань від сонця. Марс знаходиться на відстані 228 мільйонів кілометрів від сонця, тоді як Земля тільки в 150. Різниця майже в півтора рази. Планета отримує 43 відсотки від обсягу, тепла, яке дістається Землі.
- Відсутність сильного магнітного поля — як результат відсутність атмосфери. В результаті впливу сонячних променів на використану атмосферу планети відбувається процес здування атмосфери сонячним вітром. Для порівняння: атмосфера Венери настільки щільна, що тільки чверть сонячних променів досягають поверхні, але навіть з таким результатом середня температура планети 500 градусів Цельсія. Все тому що поглинена енергія не накопичується, а залишає планету у вигляді інфрачервоного теплового випромінювання, яке з трудом проходити через атмосферу. На поверхню Марса потрапляє вся сонячна енергія, призначена цій планеті. Але через розряджений повітря будь-якої кількості енергії буде недостатньо для істотного підвищення температури.
- Пилові бурі. Поглинена енергія дуже швидко розноситься пиловими завихреннями і витрачається на відтавання CO2.
Температура у Всесвіті
В астрономії використовується дуже широкий діапазон значень температур — від неймовірно низьких до дуже високих .
Наприклад, реліктове випромінювання
— залишкове електромагнітне випромінювання, що виникло в наслідок Великого вибуху, має ефективну температуру всього лише 2,7 К — значення дуже близьке до абсолютного нуля.
Порівняння розмірів Сонця і блакитного надгіганта — зірки Альнитак. Джерело: wikipedia.org. Автор: CWitte
Навпаки, температури зірок можуть досягати високих значень понад 40000 К. Такі зірки, як правило, мають великі радіуси, що вимірюються в десятках радіусів Сонця. Прикладом такої зірки є Альнитак А — блакитний надгігант в сузір’ї Оріона з діаметром в 20 разів більше сонячного.
Ще більш високі температури можна зустріти в ядрах зірок, так як для того, щоб там протікали термоядерні реакції, потрібні колосальні значення температур. Наприклад, щоб сталася реакція перетворення легших елементів в більш важкі, потрібно, щоб ядра мали високу кінетичну енергію. Отже, і високу температуру. У нашого Сонця в ядрі значення температури досягає 15 000 000 К.
Читайте також: Що робити з груздями після варіння
Яка температура на Марсі
Перші спостереження за червоною планетою почалися ще в 18 столітті. Тоді це були просто спостереження, які не могли нічого сказати про температуру Марсі. Але вже в 20 роках минулого століття вчені поміщали термометр в фокус телескопа-рефлектора, тим самим визначаючи температуру поверхні. На той момент показники у різних вчених різнилися: від 28 градусів до 60. Вчені мали різним обладнанням з різною похибкою вимірювань, але настільки великий розкид тільки підігріву науковий інтерес.
В 50 роки накопичилося достатньо інформації, стали відомі факти про позитивних температурах на екваторі. У 1956 році групою американських вчених були проведені дослідження, які підтверджували низькі температури на полюсах.
Найбільшу цінність представляли спостереження під час Великого протистояння, тобто моменту максимального зближення Марса і Землі. Пізніше з розвитком наукового прогресу через кілька невдалих спроб запуску марсоходів вдалося отримати перші знімки полюсів червоної планети. Це дозволило підтвердити температуру на полюсах в 125 градусів Цельсія. Наука не стоїть на місці і рік від року відбуваються нові відкриття.
Середня температура на поверхні червоної планети 63 0С.
При цьому на екваторі термометр показує звичні 18 0С. Цілком достатньо для вирощування рослин і підстави колоній, але є дуже ємна проблема. Тиск в ньому досягає величини 0,6 кПа, що дуже мало. Для порівняння: одна атмосфера дорівнює приблизно 100 кПа, а це в 110 разів більше озвученого значення. Через це повітряний простір розряджена, в такому випадку на невеликих різницях висот в 1,5-2 метра виникає різниця в кілька десятків поділів термометра. У спеку верх грунту може прогріватися до 27 0С, але на невеликій височині швидко падає до нуля.
У 2004 році на планету приземлився один з марсоходів дослідницької місій НАСА. Апарат називався «Спірит». Пристрій діяло на планеті до січня 2009 року і в числі інших даних, були отримані нові дані про температуру на поверхні.
це на 5 градусів більше попереднього значення, що свідчить про можливе потепління.
температура в біології
Типова температура тіла японського плямистого оленя Cervus nippon
дорівнює 313ºK або 39.8ºC. Парк Нара в місті Нара (Японія) біля підніжжя гори Вакакуса.
Температура впливає на життєві процеси всіх живих істот. Складні організми зазвичай регулюють температуру тіла, і намагаються підтримувати однакову температуру. Температура використовується тваринами як захисний механізм. Наприклад, щоб позбутися від бактерій і вірусів, у людей піднімається температура вище, ніж ці чужорідні тіла можуть перенести. А гризуни і деякі інші ссавці, такі як ведмеді, знижують температуру, тим самим сповільнюючи обмін речовин, дихання, і серцебиття, впадаючи в сплячку. Уповільнений обмін речовин дозволяє тваринам вижити з меншими витратами енергії, ніж в звичайному стані. Цей захисний механізм призначений для того, щоб пережити час, коли недостатньо або взагалі немає їжі. Приклади таких вповільнень життєдіяльності — зимова і літня сплячки. Температура тіла у деяких тварин, що впадають в сплячку, опускається дуже низько, іноді нижче 0 ° C. Наприклад, у деяких видів ховрахів, які проживають в арктичних регіонах, температура тіла в районі черевної порожнини знижується до -2,9 ° C. Рослини також можуть перебувати в стані спокою під час зимових холодів.
Анабиоз
Анабіоз — стан організму, в якому уповільнені життєві процеси майже до стану смерті. Організм сам може перейти в такий стан, але анабіоз також можна ініціювати при зниженні температури навколишнього середовища, і іншими способами. Деякі організми знаходяться в природному стані анабіозу під час певних періодів їх життя. Стан анабіозу межує зі смертю, але дослідження показали, що тварин в цьому стані можна повернути до життя без пошкодження нервових клітин і тканин. Вчені сподіваються, що в найближчому майбутньому це буде можливо і для людей. Надія полягає в тому, що анабіоз дозволить надавати першу медичну допомогу і рятувати людей з травмами і захворюваннями, небезпечними для життя, такими, як інфаркт міoкардa. У разі нещасного випадку зазвичай відбувається велика втрата крові, що викликає кисневу недостатність в мозку, так як саме кров доставляє кисень до органів, які його потребують. Нестача кисню в життєво важливих органах, особливо в мозку, викликає відмирання нервових клітин і тканин, що через деякий час призводить до смерті. Якщо хворий перейде в стан анабіозу, то в зв’язку з уповільненням всіх життєздатних процесів потреба в кисні також знизиться. Це запобіжить пошкодження клітин і тканин, і дасть лікарям додатковий час і можливість відновити кровообіг і допомогти пацієнтові. Анабіоз також дасть медичному персоналу час, щоб перевезти хворого від місця аварії до лікарні.
Живі організми в стані анабіозу витримують дуже низькі температури, і були випадки, коли люди виживали в екстремальних умовах завдяки тому, що впадали в стан анабіозу. У стані гіпотермії люди іноді виживали без їжі і пиття довше, ніж це можливо в нормальному стані. У відділеннях допоміжних репродуктивних технологій ембріони, призначені для використання при лікуванні безпліддя, зберігаються саме в стані анабіозу, в якому вони можуть знаходитися до десяти років. В майбутньому технології анабіозу будуть корисні також і для космонавтів — анабіоз уможливить подорожі до віддалених планет.
У сьогодення анабіоз досліджується на тварин. У більшості експериментів їх кров замінюють розчином солей дуже низької температури, або піддають їх впливу газів, в результаті чого ці тварини переходять в стан анабіозу. Успіх цих експериментів статистично значимий, і з 2008 року почалися дослідження за участю людей.
Киплячий рідкий азот
Кріоніка
Вчені сподіваються, що якщо зберегти тіло або голову людини або тварини в умовах дуже низької температури, то в майбутньому з’являться технології, що дозволяють повернути цей організм до життя і навіть вилікувати його від наслідків старіння. Таке збереження називається кріозбереження, а наука, що займається питаннями збереження — кріоніки. На даний момент технології по кріозбереження дозволяють здійснювати заморожування окремих тканин, органів, і всього тіла. Зазвичай температура заморожування досягає приблизно 77 K або -196 ° C. Це температура кипіння рідкого азоту, речовини найбільш часто використовуваного при заморожуванні складних організмів. Ця температура настільки низька, що запобігає біохімічні реакції, які викликають відмирання клітин. Під час заморожування можливі багато ускладнення, такі як руйнування клітин льодом. Сучасні технології дозволяють зберегти тканини протягом тисячі років, після чого, як припускають дослідники, є ймовірність руйнування молекул ДНК. Вчені сподіваються, що в майбутньому з’являться технології, які зможуть виправити ці пошкодження в ДНК і тканинах.
Зараз існує ряд компаній, що надають послуги з кріозбереження померлих людей і домашніх тварин. Це дуже дорогий процес, і у цих компаній мало клієнтів, особливо тому, що в минулому були проблеми з розморожуванням тел. Деякі клієнти підписують контракт на повне кріозбереження тіла, але можливо і збереження тільки голови або мозку. Останнє — дешевше, хоча поки невідомо, як в майбутньому компанії по кріозбереження буде покривати витрати на нове тіло.
Кухонний термометр
Температура на Марсі вдень і вночі
Марсіанські добу всього на 40 хвилин довше земних. При цьому температура вдень і вночі може коливатися від +8 вдень до 120 вночі.
Рік на червоній планеті триває в два рази довше земного, але при цьому також ділиться на 4 сезони. Кожна пора року тут відрізняється своїм температурним режимом.
- Влітку грунт прогрівається до 20 0С, але вночі відразу ж опускається до 60. На екваторі цей показник характеризується +27 0С до полудня, опускається до 50 до вечора.
- Восени денна температура коливається в районі 2-3 градусів, опускаючись вночі до 68-73 нижче нуля. Це середні показники, тоді як мінімальна температура восени досягає 83. На екваторі в цю пору року зареєстрований максимум в +8 градусів.
- Взимку показники змінюються. Вдень температура коливається від 1 до 6 градусів, хоча на екваторі іноді можна зареєструвати температуру в +8. До вечора земля починає промерзати, і нічні температури коливаються від 76 до 88 градусів. Мінімальна температура вночі в районі полюсів знаходиться на позначці 123.
- Весна не радує земними відлигами. Це один з найхолодніших сезонів на червоній планеті. Середня температура вдень 16, тоді як вночі опускається до 87. З іншого боку, цей час відрізняється не настільки різкими перепадами температур, тому весну можна назвати самим передбачуваним часом року.
Клімат Марса суворий. Вдень і вночі нерідкі пилові буревії, які вносять додатковий розлад. На спеціальних радарах це явище виглядає як хаотично переміщається теплове хмара. Енергія від поверхні швидко розсіюється, потім піднімається нова і так до нескінченності. Пилові бурі тривають протягом двох місяців, що заважає розвитку стабільного фону. Порядку 10-13 відсотків тепла, яке виробляє ядро планети, розноситься ураганами по всій поверхні.
Читайте також: Смачна швидка піца на сковороді за 10 хвилин рецепт +2021
Бурі утворюються в результаті великого розриву температуру ґрунту і на височинах. Частинки піску затримують на собі сонячні промені, захищаючи поверхню від додаткового тепла. В результаті ще як мінімум 20 відсотків енергії просто не долітає до грунту.
Вчені виділяють оазиси, де скачки температур не настільки великі, як в інших місцях. В озері Фенікса і землі листопада діапазон коливань знаходиться в межах від +22 до 53, що дійсно м’якше, ніж на рівнинах планети. Ці оазиси розташовані недалеко від полюсів і являють собою западини глибиною по кілька кілометрів. Завдяки цьому, з одного боку повітря в них більш густий, а з іншого накопичуються снігові маси, які виступають в ролі утеплювача і сприяють збереженню тепла.
Особливо виділяється рівнина Еллада. Цей оазис являє собою найглибшу западину, що утворилася в минулому від величезного астероїда. Тиск на дні в дев’ять разів вище, ніж в інших частинах планети, відповідно і температурні перепади нижче.
Відмітка термометра в западині не піднімається вище нуля, але і рідко опускається нижче — 50 0С. У порівнянні з іншими ділянками відміну менше майже в два рази. Завдяки пониженому вмісту, взимку в западині утворюється іній — замерзлі частинки CO2, що нагадують густий туман. Саме через нього астрономи і виявили в 18 столітті Елладу.
Температура в кулінарії
Температура часто застосовується в кулінарії для того, щоб зробити харчові продукти більш доступними для травлення або змінити їх структуру. Наприклад, саме завдяки нагріванню м’язові тканини в м’ясі змінюють свою структуру і стають м’якими. З усіх живих істот тільки люди навчилися використовувати температуру в приготуванні їжі. Вчені антропологи стверджують, що людина готувала їжу на вогні ще 250 000 років тому. Заморожування також використовується в приготуванні їжі, наприклад для того, щоб вбити паразитів в рибі, призначеної для вживання в сирому вигляді в суші або сашимі. У домашніх умовах цього домогтися неможливо, так як температура повинна зменшитися до -37 ° C. Для цього використовують промислові морозильні камери, в яких досягаються такі температури.
Література
Автор статті: Kateryna Yuri, Tatiana Kondratieva