Warum verglüht die ISS nicht in der Thermosphäre

Wissenschaft Astronomie
#1

Tach auch,

neulich laß ich in einem Buch weit gehend unkommentiert, dass sich die Thermosphäre auf bis zu 1.700 °C aufwärmt. Recherchen im Internet erklärten, dass sich die Atome und Moleküle hauptsächlich durch den Sonnenwind und andere Teilchen aus dem Weltraum auf Grund der Reibung so stark erwärmen. Die betroffenen Atome und Moleküle liegen dabei bis zu einige Kilometer auseinander. Daher gebe die obige Temperaturangabe nur die Stärke der Schwingung der einzelnen Teilchen wieder.

Frage 1: Verstehe ich das richtig, das einzelne Teilchen wird 1.700°C heiß aber der Raum dazwischen bleibt nahe am absoluten Nullpunkt?

In dieser atmosphärischen Schicht fliegt auch unter anderem die ISS. An verschiedenen Punkten im Internet und Lexika fand ich Formulierungen wie „Dies spielt aufgrund des geringen Wärmeaustausches zum Beispiel für Astronauten keine Rolle.“ (Zitat Wikipedia Artikel: http://de.wikipedia.org/wiki/Thermosph%C3%A4re ).

Frage 2: Wenn der Sonnenwind ein einzelnes Atom auf 1700°C erhitzen kann, warum kann er nicht die ganze ISS ebenso erhitzen und dann sogar schmelzen lassen?

Frage 3: Wie groß ist der Abstand zwischen den Teilchen des Sonnenwindes?

Mir kommt das wie ein Paradoxon vor, es will irgendwie keinen Kreis geben. Eine mögliche Erklärung, die mir gerade beim Schreiben in den Kopf kommt: Die Teilchen des Sonnenwindes sind so energiereich, dass sie Moleküle spalten und einzelne Atome auf unglaubliche Temperaturen bringen. Aber im Verhältnis so energiearm, dass sie den dichten Verbund von Molekülen in der Außenhaut der ISS nicht in Schwingung versetzen können.

Ich hoffe, jemand kann die Gedankenknoten in meinem Kopf lösen.

Grüße aus Berlin
Pierre

#2

Tach Pierre

Frage 1: Verstehe ich das richtig, das einzelne Teilchen wird
1.700°C heiß aber der Raum dazwischen bleibt nahe am absoluten
Nullpunkt?

So ist das nicht gemeint. In der Physik gilt für isoliert fliegende Atome folgender Zusammenhang zwischen absoluter Temperatur T und der Geschwindigkeit v:

3*k*T = m*v*v

Was du gelesen hast, ist rückwärts gerechnet: Man hat die mittlere Geschwindigkeit v gemessen und damit T berechnet. Diese Temperatur kannst du aber nicht mit dem Thermometer messen, weil da oben erheblich zu wenige Atome herumfliegen. Die Gasdichte ist zu gering.

Im Vakuum, wo keine Teilchen sind, kannst du auch keine Temperatur messen.

In dieser atmosphärischen Schicht fliegt auch unter anderem
die ISS. An verschiedenen Punkten im Internet und Lexika fand
ich Formulierungen wie „Dies spielt aufgrund des geringen
Wärmeaustausches zum Beispiel für Astronauten keine Rolle.“

Auch wenn die ISS in 250 km Höhe einige 1000 km weit fliegt, erzeugen diese wenigen Atome so geringe Reibung, dass keine nenneswerte Erwärmung auftritt. Beim Eintauchen in dichtere Schichten (mit mehr Atomen) ist das anders. Da verglühte doch ein space shuttle in 62 km Höhe.

Frage 2: Wenn der Sonnenwind ein einzelnes Atom auf 1700°C
erhitzen kann, warum kann er nicht die ganze ISS ebenso
erhitzen und dann sogar schmelzen lassen?

Weil es viel zu wenige Atome sind. Vergleiche mal: Jeder Sturm weht ein paar Sandkörner mit, die dir aber nicht weh tun. Die merkst du gar nicht. Wenn es (in der Sahara) sehr viele sind, polieren die dir alles weg. Das ist dann wie ein Sandstrahlgebläse.

Frage 3: Wie groß ist der Abstand zwischen den Teilchen des
Sonnenwindes?

Vermutlich einige Meter. Hier bei unserem Luftdruck sind es Nanometer.

tschüss
herbert

#3

Moin,

neulich laß ich in einem Buch weit gehend unkommentiert, dass
sich die Thermosphäre auf bis zu 1.700 °C aufwärmt. Recherchen
im Internet erklärten, dass sich die Atome und Moleküle
hauptsächlich durch den Sonnenwind und andere Teilchen aus dem
Weltraum auf Grund der Reibung so stark erwärmen. Die

Es ist auch ein erheblicher Teil dabei, der durch die Wechselwirkung mit dem Strahlungsfeld, aka Sonnenlicht, herrührt.

betroffenen Atome und Moleküle liegen dabei bis zu einige
Kilometer auseinander. Daher gebe die obige Temperaturangabe
nur die Stärke der Schwingung der einzelnen Teilchen wieder.

Eher ist die Temperaturangabe ein maß für die Geschwindigkeit gemäßt mv^2/2 = 3kT. Man sollte noch eine vorherrschende Strömungsgeschwindigkeit vorher abziehen und die „ungeordnete“ Bewegung betrachten.

Frage 1: Verstehe ich das richtig, das einzelne Teilchen wird
1.700°C heiß aber der Raum dazwischen bleibt nahe am absoluten
Nullpunkt?

Im Prinzip ja. Aber: welche Temperatur hat Vakuum? Die beste Definition ist diejenige der sich darin befindlichen Strahlung - also etwa 5700° :smile: im Sonnensystem.

In dieser atmosphärischen Schicht fliegt auch unter anderem
die ISS. An verschiedenen Punkten im Internet und Lexika fand
ich Formulierungen wie „Dies spielt aufgrund des geringen
Wärmeaustausches zum Beispiel für Astronauten keine Rolle.“
(Zitat Wikipedia Artikel:
http://de.wikipedia.org/wiki/Thermosph%C3%A4re ).

Yup. Wärmeaustausch erfolgt sehr effizient durch Materie. Und wenn kaum welche da ist… Darum sind Vakuum-Thermoskannen auch so gut :smile:.

Frage 2: Wenn der Sonnenwind ein einzelnes Atom auf 1700°C
erhitzen kann, warum kann er nicht die ganze ISS ebenso
erhitzen und dann sogar schmelzen lassen?

s.o. zu geringe Dichte -> zu wenig Energieübertrag.

Frage 3: Wie groß ist der Abstand zwischen den Teilchen des
Sonnenwindes?

Mir kommt das wie ein Paradoxon vor, es will irgendwie keinen
Kreis geben. Eine mögliche Erklärung, die mir gerade beim
Schreiben in den Kopf kommt: Die Teilchen des Sonnenwindes
sind so energiereich, dass sie Moleküle spalten und einzelne
Atome auf unglaubliche Temperaturen bringen. Aber im
Verhältnis so energiearm, dass sie den dichten Verbund von
Molekülen in der Außenhaut der ISS nicht in Schwingung
versetzen können.

Im Prinzip wieder ja. Am meisten heizt jedoch m.W.n das Sonnenlicht selbst, insbesondere der UV- und Röntgenanteil.

Gruß,
Ingo

#4

Argument nicht entkräftet?
hi,

wenn ich es richtig verstanden hab’ - was mir fern liegt ;o)) -
dann war das Ursprungs-Argument, daß, wenn der Sonnenwind (also die wenigen Teilchen, die es von der Sonne her bis zur Stratos~ oder war es die Troposphäre schaffen) es schaffen, die wenigen Atmos~ bzw Troposphärenteilchen derart aufzuheizen, … warum schaffen sie es dann nicht, die ganze ISS ebenso aufzuheizen?
Die Antwort war: Es sind - wie bei einem ‚unechten‘ Sandsturm aus nur wenigen Sandkörnern, die nicht viel ausmachen - zuwenige Teilchen, um die GANZE ISS aufzuheizen.
Das jedoch war in der Ausgangsfrage schon impliziert, oder?
Denn, wenn es aber so wenige sind, wie können sie dann die wesentlich kleineren und also schwerer ‚zu treffenden‘ Teilchen der Tropospäre derart aufheizen? (Und nicht die ganze ISS ebenso)
Die Antwort liegt also eher nicht in der Menge Der Sonnenwind-Teilchen - im Verhältnis zu den Objekten (Troposphären-Teilchen oder ganze Iss) bzw zu deren Größe bzw Teilchenmenge - also der Trefferwahrscheinlichkeit, die sie treffen und aufheizen, sondern vielleicht in der Geschwindigkeit, dem Impuls der _ getroffenen _ Teilchen bzw ganze Iss, auf die der Sonnenwind wirkt?
Die ISS ist einfach zu langsam, während die Troposphären-Teilchen gro´ße Geschwindigkeiten und Impuls haben, so daß der Zusammenstoß mit dem Sonnenwind sich enormer auswirkt?

#5

Die Antwort liegt also eher nicht in der Menge Der
Sonnenwind-Teilchen

Doch. Die Dichte ist einfach zu gering, um eine nennenswerte Energie auf die ISS zu übertragen, so dass sich diese dadurch stark aufheizt.

Analogie:
Wenn du nackt in 4° kaltes Wasser fällst, dann überlebst du nur einige Minuten. Wenn du dagegen nackt bei 4° Lufttemperatur draußen bist, dann überlebst du sicher einige Stunden. Dies liegt ebenfalls v.a. daran, dass im Wasser viel mehr Teilchen im selben Volumen sind, d.h. die Dichte höher ist und deshalb das Wasser einen wesentlich besseren Kühleffekt hat.

Gleiches gilt für warme Luft/Wasser. In einer Sauna kann die Temperatur locker 90° betragen und man hält es dort locker mehr als 20 min aus. Springst du dagegen in 90° heißes Wasser, dann dürfte dein Tod relativ schnell eintreten.

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#6

Hi,

Die Antwort liegt also eher nicht in der Menge Der
Sonnenwind-Teilchen -

nehmen wir ein Analogon.

Gleichgroße und -schnelle Regentropfen, aber im ersten Fall nur gaaanz wenige, im Zweiten Fall ein Wolkenbruch

Wird man im ersten Fall naß?
Ein bischen, aber das Wasser hat genug Zeit, zwischendurch wieder zu verdampfen, beim Wolkenbruch wird man Naß, weil das Wasser zwischendurch eben nicht verdampfen kann.

Gandalf

#7

Die ISS ist einfach zu langsam, während die
Troposphären-Teilchen gro´ße Geschwindigkeiten und Impuls
haben, so daß der Zusammenstoß mit dem Sonnenwind sich enormer
auswirkt?

Hallo,

also die Teilchen sind schnell, weil sie eine hohe Temperatur haben, und weil sie so schnell sind, werden sie aufgeheizt - gegen eine so geschlossene Logik kann man natürlich nicht argumentieren. Allerdings gehören Zirkelschlüsse ganz allgemein eher ins Fach Religion, mit Thermodynamik hat das ganze nichts zu tun.

Gruss Reinhard

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#8

Hallo Fragewurm,

Es geht ganz einfach um die Massenverhältnisse.

Wenn ein Auto mit 200km/h ein anderes trifft wird das getroffene beschleunigt.

Rast das Auto mit 200km/h gegen einen Berg, bewegt sich der Berg kein bisschen.

MfG Peter(TOO)

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#9

Das heißt, die ISS kann wieder abkühlen, die Teilchen der Troposphäre nich’, wenn ich’s richtig verstanden hab’ und das hab’ ich glaub’ ;o]

#10

Hallo Antwort-* ;o),
Demnach stimmte mein Einwand, daß es nicht um Anzahl der Teilchen geht, sondern um die Trägheit des getroffenen Objekts (massive ISS)?
Dem stünede entgegen, daß die wesentlich größere ISS auch durch wesentlich mehr Sonnenwind-Teilchen angeregt wird.
Die Trägheits~ bzw ‚‚wieder Abkühlungs-Theorie‘‘ aus dem Teil-thread 'drunter erscheint mir da plausibler.

#11

Hallo,

Dem stünede entgegen, daß die wesentlich größere ISS auch
durch wesentlich mehr Sonnenwind-Teilchen angeregt wird.

Die Oberfläche eines Objektes nimmt quadratisch, das Volumen hingegen kubisch mit der Ausdehnung zu. Die Oberfläche ist für die Energieaufnahme zuständig, erwärmt muss allerdings das Volumen werden.

Josef

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