Формирование звёзд и планет с точки зрения школьной физики. Детальный алгоритм рождения звёзд и появления планет, и следствия из него - страница 12

Шрифт
Интервал


Значит, чисто теоретически, при низкой температуре молекулы воды в вакууме должны превращаться в лёд, но вопрос – произойдёт ли это практически? Точного ответа на этот вопрос найти не удалось, возможно, что таких исследований пока что и вовсе не производилось, но зато вот что удалось найти. Плотность обычного земного воздуха колеблется от 1150гр/м^3 при температуре +30°С, до 1400 гр/м^3 при -20°С. А 100% влажность воздуха означает наличие в нём воды в количестве от 83 гр/м^3 при +50°С, до 0.6 гр/м^3 при -25°С. Понятие 100% влажности – это то количество водяного пара, которое может содержаться в воздухе без спонтанного его перехода в капли росы или кристаллы льда. Таким образом, при нормальном давлении в 1 атмосферу, в килограмме воздуха (это меньше кубометра) может содержаться от 72гр воды при температуре +50°С, до всего лишь 0.5гр при -25°С≈250°К. При ещё более низких температурах – ещё меньше. Но наша задача стоит – оценить уровень 100% влажности водорода в космосе, при температуре 10—100°К и почти в вакууме. Про растворение воды в водороде, а не в воздухе – ничего найти не удалось, но точно известно, что при столь низких температурах (100°К=-173°С) оно должно быть крайне низким, а значит значение порядка 0.5гр/кг, или иначе 1/2000 часть, взятое от воздуха при -25°С, должно оказаться либо похожим на реальное, либо даже чрезвычайно завышенным, но никак не заниженным. Теперь сравниваем это значение с нашими исходными данными, 851 атом кислорода, превратившийся в 851 молекулу воды, на миллион атомов водорода, и получаем, что у нас концентрация воды около 1.5% по массе, что более чем в 30 раз превышает уровень 100% влажности, составляющий по примерной оценке 1/2000 часть. А это и означает, что молекулы воды неизбежно должны группироваться в кристаллы льда.

Теперь оценим эффективность этого «транспорта». Допустим в начальный момент времени условия были прописаны максимально жёстко – наше рассматриваемое облако указанного размера и плотности только что пережило близкий взрыв сверхновой, излучением которой были испарены вообще все пылинки любого состава, но само облако не успело разлететься в стороны, и почти сразу остыло в силу своей оптической прозрачности. Исходно есть одиночные молекулы, которые ежесекундно испытывает порядка 0.1 соударений, из которых одно из 1200 – другая молекула воды. Значит соударение молекул воды с водой происходит раз в 10000 секунд, и предположим что их слипание происходит 1 раз из 10 – каждые 100000 секунд. На самом деле в связи с низкой температурой, вероятность слипания должна быть около 100%, но предположим именно худший вариант. Значит за год наша исходная одиночная молекула, сталкиваясь только с одиночными молекулами воды, превратится в частицу из 300 молекул, массой 5000 единиц, с характерной скоростью падения уже в сантиметры в секунду! А за тысячелетие – получится масса порядка миллионов единиц, а скорость падения уже метры в секунду. И это при условии, что она соударялась исключительно с одиночными молекулами, а не с такими же снежинками, и с постоянной частотой соударений, а не растущей в связи с увеличением размеров снежинки.