Бутылка газировки на Земле выглядит безобидно, пока ее не встряхнуть. Пара резких движений - и крышка уже шипит так, будто внутри сидит маленький злой компрессор. Открыл неудачно - пена летит на руки, стол и иногда на потолок.
Теперь перенесем ту же бутылку за борт станции. Чернота, скафандр, Земля внизу, в руке обычная пластиковая бутылка темной колы. Вы чуть проворачиваете крышку, появляется первый зазор - и напиток перестает вести себя как жидкость. Он не вытекает - он выстреливает.
Космос не морозилка
Самая простая версия звучит привычно: в космосе жуткий холод, значит газировка сразу станет ледяным цилиндром внутри бутылки. Крышку заклинит, жидкость застынет, и на этом опыт закончится.
Но эта версия слишком земная. Мы привыкли, что холод - это воздух, мороз, ветер, стекло на балконе, рука на металлической ручке зимой. В открытом космосе воздуха нет. Там нечему обдувать бутылку и быстро забирать у нее тепло привычным способом.
Космос в этом смысле больше похож не на морозильник, а на странный термос. Предмет может остывать излучением, особенно если находится в тени, но газировка не превратится в лед мгновенно только из-за “космической стужи”.
Настоящая проблема придет не снаружи. Она уже сидит внутри бутылки - под крышкой.
Внутри бутылки заперт газ
Обычная газировка держит внутри давление примерно в несколько атмосфер. Поэтому при открытии на кухне слышно шипение: растворенный углекислый газ получает свободу и выходит наружу пузырьками.
На Земле пузырьки всплывают. Вода внизу, газ наверху, пена - у горлышка. Нам кажется, что так и устроена газировка вообще.
В невесомости такой аккуратной сортировки нет. У жидкости нет привычного “верха”, поэтому пузырьки не собираются красивой шапкой у крышки. Газ расширяется по всему объему, разбивает напиток на пенную массу, и эта масса лезет туда, где появился выход.
Если крышку сорвать полностью, горлышко на секунду станет похоже на сопло. Из него полетит смесь газа, капель, пены и мельчайших частиц жидкости. Сама бутылка получит отдачу и может начать крутиться, как нелепая маленькая ракета.
ПЭТ-бутылка, скорее всего, не разлетится на куски только из-за перепада давления. Такой пластик рассчитан на приличное внутреннее давление. Но горлышко и струя устроят достаточно хаоса, чтобы опыт перестал быть похожим на открывание лимонада у раковины.
А дальше начнется самая странная часть.
Холодный напиток начнет кипеть
Мы привыкли связывать кипение с плитой. Чайник шумит, вода горячая, пар обжигает пальцы. Но кипение зависит не только от температуры. Оно зависит еще и от давления над жидкостью.
Если давление резко падает, вода может кипеть при температуре, при которой на кухне она казалась бы просто холодной. В вакууме внешнего давления почти нет, и жидкость получает возможность бурно переходить в пар без всякого нагрева.
Открытая в космосе газировка будет вести себя как кипяток, хотя рядом нет ни плиты, ни огня.
Похожий эффект можно показать даже на Земле. Если набрать немного теплой воды в шприц, закрыть носик и резко потянуть поршень, внутри появятся пузырьки. Вода не стала горячее. Просто давление упало, и для нее изменились правила.
В открытом космосе этот опыт выкручен до предела. Давление вокруг почти нулевое. Для воды это область, где жидкое состояние становится нестабильным: она стремится уйти либо в пар, либо в лед.
И тут появляется парадокс, ради которого вся сцена и интересна.
Она замерзнет из-за собственного кипения
Когда молекулы воды улетают в пар, они забирают с собой энергию. Оставшаяся жидкость теряет тепло и быстро охлаждается. Поэтому в вакууме напиток может одновременно кипеть и замерзать.
Не весь объем просто исчезнет паром. Часть воды испарится, утащит энергию, а остаток начнет превращаться в ледяную пену. Это будет не прозрачный красивый лед, как на реке зимой, и не ровная сосулька из морозилки.
Скорее получится пористая ледяная губка - сладкий рыхлый снег, подкрашенный сиропом. У колы он будет темным, у лимонада - мутно-желтым или зеленоватым, у тархуна - почти фантастическим.
Космос и газировка уже пересекались в реальности. В 1985 году Coca-Cola и Pepsi делали специальные банки для шаттла “Челленджер”. Даже внутри корабля, где есть нормальная температура и давление, невесомость испортила привычную механику напитка: газ и жидкость плохо разделялись, а пена становилась проблемой уже не в стакане, а в желудке.
За бортом все было бы грубее. Там нет стакана, нет верха, нет спокойной поверхности. Есть только газ, вакуум, пена и резкий фазовый переход.
Через минуту это уже не напиток
Сначала из горлышка ударит струя. Потом облако станет шире: капли, пузырьки, ледяная пыль, сладкие хлопья. Часть воды уйдет в пар, часть схватится в пористый лед, часть разлетится мелкими фрагментами.
Бутылка дернется в противоположную сторону от струи, начнет вращаться и улетать. Если крышка сорвалась отдельно, она тоже пойдет своей траекторией. Никакого аккуратного “шарика колы”, плавающего рядом с космонавтом, скорее всего, не будет.
Будет грязный космический снег из сиропа, воды и углекислого газа.
Газировка в открытом космосе не просто замерзнет от холода и не обязательно взорвет бутылку на осколки. Она резко вспенится, начнет кипеть из-за падения давления, сама себя охладит и частично превратится в облако пористого льда.
Обычная крышка в таком опыте становится не крышкой, а кнопкой запуска маленькой физической катастрофы.
Если любите такие разборы обычных вещей через физику - подписывайтесь на канал. Тут привычные предметы часто ведут себя страннее, чем кажется.
А какую обычную вещь вам было бы любопытно проверить в космосе - воду, шампунь, суп или кофе?