Місячне божевілля та основи фізики; Наука про приреченість

Конфіденційність та файли cookie

Цей сайт використовує файли cookie. Продовжуючи, ви погоджуєтесь на їх використання. Дізнайтеся більше, зокрема, як керувати файлами cookie.

У кількох не пов’язаних між собою статтях у цьому блозі люди задавали питання про Місяць. Це тому, що багато людей прочитали статтю під назвою "Ефект парникового ефекту на Місяці" з веб-сайту www.ilovemycarbondioxide.com, де висловлюються деякі сумбурні твердження.

Стаття починається:

І закінчує:

Земля не “надзвичайно” тепла. Помилковим є застосування прогнозного рівняння. Здатність звичайних речовин накопичувати тепло знущається з оцінок чорних тіл. Переконання, що випромінюючі слідові гази пояснюють, чому температура поверхні Землі відхиляється від простої математичної формули, ґрунтується на глибоко помилкових припущеннях про теоретичні та реальні тіла.

Давним-давно друг сказав мені, що спосіб, як Банк Англії навчає людей виявляти фальшиві купюри, - це давати їм справжні купюри, щоб витрачати час на звикання до відчуття, текстури, ваги тощо. Вони не дають їм багато підробок, оскільки це не настільки ефективно.

Я не уявляю, чи ця історія правдива, але я завжди думав, що це корисна концепція для підходу до будь-якої теми. Найкраще витратити час на те, щоб допомогти людям зрозуміти справжню теорію - як називаються всі наукові «факти» - а не витрачати 5% часу на реальну теорію і знайомити їх з 19 недосконалими теоріями.

Тому більша частина цієї статті буде зосереджена на формуванні розуміння основ, а не на вказівці на численні недоліки статті. Ми розглянемо температуру місячного тіла за допомогою дуже простих моделей.

Ці моделі є в Excel, оскільки це швидко і легко.

Модель

Концепція дуже проста. Це ідеалізована місяцеподібна поверхня для ілюстрації.

Для мого місяцеподібного тіла ми розглянемо один квадратний метр поверхні. Це пов’язано з тим, що поперечний тепловий потік всередині поверхні буде надзвичайно низьким, і тому ми не хочемо або потребуємо побудови ГКМ для вирішення цієї проблеми.

Сонячне випромінювання поглинається цією поверхнею і нагрівається. Поверхня має певну теплоємність, яку ми змінюємо в моделі, щоб побачити, як змінюються результати.

Сонце повільно рухається по небу, тому кількість сонячної радіації, що падає на поверхню, змінюється протягом місячного "дня". Поверхня має «поглинаючу здатність» сонячного випромінювання - частка поглиненої сонячної радіації проти відбитої частки.

Коли Сонце знаходиться над головою, кількість падіння сонячної радіації становить 1367 Вт/м 2, а коли Сонце знаходиться на горизонті, сонячна радіація дорівнює нулю - тоді протягом цілої "ночі" випромінювання залишається нульовим. Тому я розглядаю "екватор".

З причини ліні я встановив місячний день 28 діб, але точне значення не має значення.

І поглинання було встановлено на 0,9 (це означає, що 90% падаючої сонячної радіації поглинається, а 10% відбивається). Також коефіцієнт випромінювання був встановлений на одне і те ж значення, але в цьому прикладі він може бути різним. З різними значеннями подібні результати мали б місце, але з різними рівноважними температурами. Див. Примітку 1.

Проста математика для моделі наведена в кінці публікації, оскільки багато людей не люблять бачити рівнянь.

Результати

Тепер, якби поверхня не мала теплоємності (або, як могли б сказати математики, "оскільки теплоємність прагне до нуля"), тоді поверхня миттєво нагрівалася б, поки випромінювання не відповідало поглиненому випромінюванню.

Отже, у цьому нереальному випадку температура буде дотримуватися такої кривої:

Місяцеподібна поверхня, нульова теплоємність

Отже, під час місяцеподібної ночі поверхня відразу падає до абсолютного нуля, а протягом “дня” випромінювання випромінювання точно відповідає поглинанню. (Для математично схильних читачів це випливає із співвідношення cos θ - див. Розділ математики в кінці).

Зверніть увагу, що це не схоже на землю чи будь-яке справжнє тіло. Це просто корисний мислительний експеримент, щоб показати, що сталося б, якби поверхня не мала теплоємності.

За цієї умови:

поглинання сонячної радіації = 391,7 Вт/м 2 (усереднено за багато циклів)
випромінювання місячного випромінювання = 391,7 Вт/м 2 (усереднено за багато циклів)
середня температура = 169,3K
мінімальна температура = 0K
максимальна температура = 394K

Енергія входить = енергія виходить - тому ніяких сюрпризів немає.

Почнемо збільшувати теплоємність і подивимося, що станеться - на м 2, 10000 Дж/К теплової потужності:

Місяцеподібна поверхня з 10 000 Дж/К теплоємністю на м ^ 2

поглинання сонячної радіації = 391,7 Вт/м 2 (усереднено за багато циклів)
випромінювання місячного випромінювання = 391,7 Вт/м 2 (усереднено за багато циклів)
середня температура = 195,3K
мінімальна температура = 38K
максимальна температура = 397K

На м 2, 50 000 Дж/К теплоємність:

Місяцеподібна поверхня з 50 000 Дж/К теплоємністю на м ^ 2

поглинання сонячної радіації = 391,7 Вт/м 2 (усереднено за багато циклів)
випромінювання місячного випромінювання = 391,5 Вт/м 2 (усереднено за багато циклів)
середня температура = 211,3К
мінімальна температура = 64K
максимальна температура = 394K

На м 2, 500000 Дж/К теплової потужності: