Bir Bardak Su Uzayda Kaynar mı Donar mı

Bu konu hakkında aslında düşünülmesi gereken 3 etmen bulunuyor:

• Uzay, suyun donma sıcaklığından çok daha soğuktur: Yaklaşık -270C.
• Güneş’ten gelen ışınlar en nihayetinde Dünya’yı ısıtmaya, hatta yer yer suyu kaynatacak düzeylere ulaşmaya yetmektedir.
• Uzay neredeyse tamamen boştur ve bu nedenle basınç, inanılmaz düşüktür.

Fizik bilimi sayesinde biliyoruz ki bir sıvının üzerindeki basınç ne kadar düşükse, kaynaması o kadar kolay olur.

Bu faktörlerin hangisi baskın gelir?

Vakumda suyun kaynama noktası nedir?

Uzay boşluğunda suya ne olacağı zaten deneysel olarak bilinen bir mevzu: Kaynayacaktır. Astronotlar uzaydaki idrarlarını uzay boşluğuna bıraktıklarında, idrar hızlıca kaynayarak buharlaşır. Bu buhar, birden kırağılaşarak (yani gaz fazından direkt katı faza geçerek) ufacık idrar kristallerine dönüşür. İdrar tamamen sudan oluşmaz; ama idrara da suya olan şeyin aynısının olmasını bekleyebiliriz. Sıcaklıktaki ani düşüşler, su moleküllerinin kristalleşmesine neden olmaktadır. Örneğin kar tanelerinin oluşumunda gördüğümüz budur.

Bunu anlayabilmek adına, birkaç kavramı anlamalıyız: Sıcaklık, moleküllerin hareketinin bir ölçüsüdür; dolayısıyla uzayda sıcaklığın olmadığını söyleyemeyiz. Etrafta hiç madde yoksa, yani kusursuz vakum ortamındaysanız, o ortamda sıcaklık da yoktur denebilir.Uzay, kusursuz bir vakum değildir; ama buna çok yakındır. Şöyle düşünün: Dünya’da üzerinize binen basınç, her bir metre kareye 6×1022 adet hidrojen atomunun çarpması ile aynıdır. Yeryüzünde inşa ettiğimiz vakum odaları, bunu yaklaşık 1 trilyon kat azaltır. Uzayda ise bu, yeryüzündeki vakum odalarında erişebildiğimizden milyonlarca, hatta milyarlarca kat daha azdır.Bir bardak suya aktarılacak ısı, bardağın güneş ışığıyla ya da başka bir şeyle temas halinde mi yoksa karanlıkta tek başına mı oluğuna bağlıdır. Temas veya akışkanlar yoluyla değil de, radyasyon yoluyla olan ısı transferi oldukça verimsizdir; ancak uzayda olan da budur. Bir cisim, ısı kaynağına ne kadar yakınsa, o kadar fazla ısı alır. Ne kadar uzaksa (veya gölgedeyse, dolayısıyla üzerine radyoaktif ışınım düşmüyorsa), o kadar soğuk olacaktır.Uzayın derinliklerinde bir cismin sıcaklığı inanılmaz derecede soğuktur ve uzayınkiyle yaklaşık olarak aynıdır: -270°C ya da 3K. Öbür yandan parlatılmış alüminyumun Güneş ışığı altında sıcaklığı 454°C’ye ulaşabilir. Bu, çok büyük bir sıcaklık farkıdır! Dolayısıyla sıcaklığı taşıyabilecek bu kadar az parçacık varken, suyun uzayda donmasını bekleyebilirsiniz. Çünkü günlük yaşantımızdan aşina olduğumuz gibi, suyun bulunduğu ortamdaki sıcaklığı hızla düşürecek olursanız su, donacaktır.

Fakat uzaydaki atom sayısından etkilenen tek şey sıcaklık değildir. Atom sayısı ne kadar az ise, basınç da o kadar az olacaktır. Dünyadaki suyu düşünün: Su, dağın zirvesindeyken, deniz seviyesine göre daha çabuk kaynar; çünkü üzerindeki basınç çok daha düşüktür. Bunun sebebi, üzerinizdeki atmosfer sütununun uzunluğunun çok daha az olması, dolayısıyla üzerinize binen çok daha az molekül olmasıdır. Hatta bazı dağların zirvesinde kaynar suyu hiç ağzınız yanmadan içebilirsiniz; çünkü bu yükseklikte kaynayan suyun sıcaklığı oldukça düşük olabilir.Örneğin aşağıdaki tabloda ilk satırdaki basınç, deniz seviyesindekine eşittir. Sonraki satırlarda basınç giderek azalır, yani yerden yükseklere çıkarsınız. İlk iki sütunda, suyun kaynama sıcaklığını Fahrenheit ve Celsius cinsinden görebilirsiniz. Dikkat ederseniz, basınç düştükçe, suyun kaynama sıcaklığı da dikkate değer miktarda azalmaktadır. En nihayetinde, kusursuz vakuma ulaştığınızda su, neredeyse anında kaynayacaktır; çünkü sıcaklık en fazla -270°C’ye kadar düşebilecektir. Bu durumda, suyun etrafındaki basınç aşırı düşük olduğundan, uzayda kolayca kaynamasını bekleyebilirsiniz.