Координаты чудес: 9 любопытных фактов о ближнем космосе
Освоение человеком космоса идет беспрестанно, но даже в самом близком космосе — свои, непривычные и до сих пор до конца не объясненные наукой, законы
Огненный шар
На Земле пламя имеет вытянутую форму благодаря силе тяжести. Молекулы газов, которые входят в состав воздуха, притягиваются к планете точно так же, как и остальные объекты, обладающие массой. Поэтому чем ближе к поверхности, тем больше молекул скапливается на одном и том же пространстве.
Огонь нагревает окружающий воздух, то есть заставляет молекулы двигаться быстрее. Ускорившиеся газы разбегаются во все стороны от пламени и сталкиваются с более медленными, то есть холодными, молекулами. В нижней части огонька их больше, и спринтеры, врезаясь в неспешных товарищей, как в стену, выскакивают наверх, где плотность газа меньше. На освободившееся место приходят медленные молекулы, в том числе кислород, благодаря которому огонь продолжает гореть.
Такое перемещение газов называют конвекцией, и в невесомости она невозможна, потому что плотность газов одинакова во всем объеме (например, МКС). Поэтому огонь на космической станции (к счастью) горит очень плохо. Пламя не вытянуто, а выглядит как шар. Более того, огонь быстро тухнет, потому что молекулы кислорода не успевают вовремя добираться до него, а продукты горения, напротив, уходят слишком медленно.
В открытом космосе свеча или спичка не будут гореть вовсе, так как в межзвездном пространстве почти нет кислорода (слово «почти» означает, что отдельные молекулы там все же встречаются, но от одной до другой могут быть многие миллионы километров).
В октябре 2013 года в прокате прошел фильм Альфонсо Куарона «Гравитация». Из-за аварии герои Сандры Буллок и Джорджа Клуни оказываются в открытом космосе и пытаются добраться до какого-нибудь корабля, чтобы спастись. В Голливуде, как обычно, старались изо всех сил, но допустили массу физических ошибок. Например, в невесомости Куарона:
- волосы героини остаются плотно прижатыми к голове. Стрижка под мальчика, очевидно, призвана нивелировать эффект, но, к огорчению киношников, даже короткие волосы подчиняются законам физики;
- оба астронавта движутся в вакууме с одинаковой скоростью, однако плотно натянутый между ними трос вдруг начинает произвольно извиваться;
- герой Джорджа Клуни, летающий вокруг шаттла при помощи реактивного ранца, газует даже тогда, когда висит на одном месте, хотя в невесомости он может оставаться там годами;
- огонь на МКС горит подозрительно по-земному — на орбите невозможны показанные в кино языки пламени.
Кипящий пузырь
Ученые примерно понимали, что будет происходить на орбите с пламенем еще до того, как космонавты провели реальные эксперименты в невесомости. А вот насчет поведения жидкостей у них такой уверенности не было — это вообще один из самых сложных разделов физики с уравнениями, которые зачастую не влезают на журнальную страницу. Выяснить, что произойдет на орбите с содержимым закипающего чайника, решили исследователи из Мичиганского университета. Они придумали множество экспериментов, которые экипажи пяти миссий космических шаттлов выполняли с 1992 по 1996 год. Вместо воды астронавты использовали хладагент на основе фреона, который кипит при низких температурах, — наука наукой, а лечить ожоги на орбите куда сложнее, чем на Земле.
Оказалось, что в невесомости кипящая жидкость превращается в один гигантский пузырь, который растет, вбирая в себя случайно образующиеся пузырьки поменьше. Физики до конца не уверены, почему орбитальный кипяток выглядит именно так, но полагают, что причина все в том же отсутствии конвекции и «отключении» силы Архимеда. В описывающей ее формуле присутствует вес, а в невесомости он равен нулю.