地球是目前已知的唯一一颗表面有稳定的液态水存在的星球,生活在地球上的我们,对水有着很深的认识。
水在常温下是液体,温度降低的话会结冰,温度升高的话会沸腾,当然,这些都是在地球上而言。
太空中有着与地球完全不同的环境,我们所熟悉的液态水也不会像在地球上那样稳定。
如果你在地球上倒一桶水,结果是显而易见的:它洒在了地上,即使是从飞机上倒,结果也是一样的。
那如果在太空飞船上将一桶水倒在太空中,将会发生什么呢?
真空中最显著的特征有二个:一是真空,二是冷。从这两点出发,我们就可以解决上面这个问题。
水首先会沸腾
在我们的印象中,水只有烧开后才会沸腾,即高温加热才会沸腾,太空中的温度低至零下270多度,水怎么会沸腾?
其实,沸腾不只与温度有关,还与压强(大气压)有关,只要压强足够小即使温度很低水也能沸腾。
沸腾的本质是所有水分子开始向空气中逃逸,加热能使更多的水分具备可以逃逸的能量,这也是煮水的原理。
而大气压对水分子的逃逸起到阻止效果,因为空气也是有重量的,它会加压于水分子,让它不容易逃逸。
图为:压强和沸腾关系示意图
如果减小气压的话,水分子的逃逸就会变得容易很多,同时,需要施加于水分子的能量也会变小。
当大气压变得足够小甚至为零时,所有的水分子即使不需要加热也能轻松逃逸出去,太空中水正是属于这种情况。
反过来讲,这也可以解释为什么地球上绝大多数的水都以液态水的形式存在,就是因为地球有大气压。
零气压固然可以使水迅速沸腾,但极低的温度不是也可以使水结冰吗?为什么不是水先结冰呢?
根据水的相图来判断,太空中的水确实应该是以固态形式存在,但事实是水的沸腾要先于结冰一步。
之所以会这样是因为水分子变成气态要花费的时间远比变成固态要花费的时间少,显然水分子选择了更快的转变路径。