Есть мнение, что мамонты замёрзли мгновенно, в результате удара космического холода при срыве атмосферы кометой. Это глупое мнение, поскольку вакуум, во-первых, не теплопроводен (что и используется в конструкции термосов) — быстро отвести через него тепло нельзя. Во-вторых же вакуум в окрестностях Земли чрезвычайно горяч. До 2000 градусов по Цельсию… То есть, мнение глупое, но вопросы, каким образом вакуум может вообще иметь температуру, и почему настолько высокую, — возникают.
Сначала о дефинициях. Абсолютного вакуума, само собой, нет. Есть только газ и ничего кроме газа. Даже великие пустоты вселенной — войды между дисками сверхскоплений — заполнены крайне разреженным водородом. Но термин «вакуум» широко используется и интуитивно понятен. Это любой объём, в котором можно пренебречь внутренним давлением вещества. NB, плотность вещества даже не имеет прямого отношения к делу.
Всё просто. «Газ» это когда энергия передаётся главным образом от молекулы к молекуле при столкновениях. В «вакууме» энергия переносится излучением. Соответственно, газ и вакуум живут по разным законам.
И здесь начинается интересное. Большая, — по объёму — часть атмосферы Земли — вакуум. Газ в ней только на самом «дне».
«Дно» — это тропосфера. Нижний, наиболее плотный слой толщиной 10-15 километров. Для тропосферы характерна полная конвективность. Состав воздуха на всех высотах одинаков, так как тепло от поверхности переносится в вышележащие слои восходящими потоками. Пробег молекул в тропосфере очень мал, так что в любом объёме их импульс усредняется…
Как следствие, газ в тропосфере и не проявляет якобы положенного ему стремления «заполнить весь доступный объём». Скорость молекул много меньше космической и, будучи вытолкнутыми вверх, они падают обратно. Учитывая же, что при подъёме кинетическая энергия переходит в потенциальную в гравитационном поле, температура (пропорциональная квадрату скорости мера средней кинетической энергии) с высотой падает. До примерно -60 градусов.
Но выше тропосферы начинается стратосфера. И здесь температура начинает медленно расти, достигая 0 градусов на высоте 40 километров. Однако, тут пока никаких чудес нет. Стратосфера — всё ещё газ, в 10-100 раз менее плотный, чем на уровне моря. Рост температуры связан с тем, что на этом уровне поглощаются излучения, для которых атмосфера не прозрачна. В первую очередь, ультрафиолет… Неожиданный вывод: до появления озонового слоя, у Земли не было выделенной стратосферы.
Так или иначе, но в мезосфере (высоты 50-100 километров) слишком уже разреженной, чтобы поглощать излучения, температура снова начинает падать, — от 0 до -90 градусов. Чтобы затем, — в термосфере (100-700 км) — начать быстро расти.
Суть в том, что на рубеже 100 километров газ — кончается. Воздух остаётся, причём в количестве достаточном для невозможности движения космических аппаратов. Но работает этот воздух уже по законам вакуума. Молекулы слишком редко сталкиваются друг с другом, чтобы эффективно обмениваться импульсом. Соответственно, возникает совершенно логичная картина, — разброс скоростей очень велик. И чем выше скорость, тем дальше от поверхности Земли молекула может оказаться на вершине своей траектории. В основном это молекулы из мезосферы, словившие космический квант с высокой энергией. С большой вероятностью молекула не поделит этот импульс с другими, а отправится в свободный полёт.
«Температура» применительно к термосфере достаточно условна, но оценивается в зависимости от высоты и активности Солнца между 150 и 2000 градусов. Медленные молекулы на такой высоте не появляются. На термосферу приходится 0.05% от общей массы атмосферы, тогда как на мезосферу 0.3%, а на стратосферу 20%.
...Наконец, ярус от 700 до 3000 километров занимает экзосфера. Эта область наполнена молекулами, скорость которых выше второй космической. На Землю они уже не вернутся.
Блог нуждается в поддержке. Кошелёк ЮMoney 4100 1168 3178 5907