Domanda:
La temperatura vicino alla superficie della Luna aumenta piuttosto rapidamente con la profondità?
kim holder
2016-03-13 07:57:18 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ho sentito presentazioni su tubi di lava lunari che stimavano che le temperature del terreno che li circonda fossero ben al di sotto dello zero. Un articolo su NASA Science News dice questo:

Una volta scesi a 2 metri sotto la superficie della Luna, la temperatura rimane abbastanza costante, probabilmente intorno a -30 a -40 gradi C.

Ma questo grafico delle misurazioni effettuate su Apollo 15 e 17 dipinge un'immagine molto diversa:

temperatures below the lunar surface, ranging from 250 to 256 K

Quanto sopra è tratto da Ch. 3 del Lunar Sourcebook, pagina 12 di 34. Tutte le misurazioni effettuate hanno mostrato temperature in aumento con una profondità di circa 1 o C per metro. I più grandi tubi di lava conosciuti sulla Luna hanno lucernari che rivelano profondità di 100 m, quindi se si prende quella velocità di aumento della temperatura, il pavimento di tali tubi dovrebbe essere compreso tra 80 e 100 / sup> C più calda della temperatura vicino alla superficie, il che significa qualcosa come 60 o 70 o C. Non ho mai sentito parlare di cifre del genere.

Quindi, c'è un meccanismo di raffreddamento coinvolto con questi tubi? Non l'avrei mai immaginato, essendo nel vuoto e aperto alla superficie solo attraverso spazi probabilmente molto piccoli rispetto alla loro dimensione intera. Perché questa apparente discrepanza?

Così vicino alla superficie, con il raffreddamento radiativo e l'irraggiamento dalla luce solare che sono un fattore importante, non estrapolerei questi risultati a profondità considerevoli. Avresti bisogno di pozzi più profondi per quello.
@SF. Sì, ma guarda come le fluttuazioni della superficie si uniformano solo mezzo metro sotto la superficie. È generalmente accettato che al di sotto di quel punto i valori della superficie non abbiano alcun impatto. Ecco perché il testo del grafico sottolinea che il gradiente è dovuto al flusso di calore interno.
Questo studio conferma che il gradiente di temperatura è valido almeno per i primi 20 m: http://adsabs.harvard.edu/full/1964SvA.....7..822K
@Hobbes Penso che ci sia di più. Quel riferimento è stato pubblicato nel 1964, prima delle sonde Apollo. Tuttavia, contiene un suggerimento interessante che il motivo dell'elevato gradiente di temperatura negli ultimi 20 m è dovuto alla bassa conduttività termica associata al materiale poroso. Rimanendo con la domanda originale: sarebbe interessante capire se misurazioni più recenti hanno mappato la temperatura dei pavimenti dei lucernari e mostrato che sono diversi in temperatura, ombre a parte, dalla superficie principale.
@Puffin per ora non hanno uno strumento in grado di effettuare misurazioni del calore alla risoluzione richiesta. LRO Diviner ha pixel di circa 250 m di diametro. Ho controllato due dei pozzi più grandi conosciuti, quelli promettenti in [Mare Tranquilitatis] (http://bit.ly/1SLcWq3) e [Mare Ingenii] (http://bit.ly/1RIdurM). Non c'è differenza rispetto all'ambiente circostante, ma entrambi i lucernari occupano una frazione di pixel. In ogni caso, le aree direttamente aperte al cielo possono essere una cattiva indicazione delle temperature in aree lontane da tali aperture.
Per inciso, la domanda originale è stata ispirata dall'interesse a usare il calore per sostenere l'abitazione, o in qualche altro modo per recuperare energia dalla differenza di temperatura?
Una persona nei commenti in fondo alla mia [pagina dell'intervista] (http://www.thespaceshow.com/show/29-feb-2016/broadcast-2656-kiim-holder) allo Space Show ha indicato il grafico mostrato come prova di ciò che ho chiesto, e non avevo alcuna difesa per dire il contrario, tranne che ho sentito figure diverse. La mia preoccupazione principale era che ho modellato gli habitat sotterranei partendo dal presupposto che la regolazione della temperatura può essere ottenuta passivamente modellando e bilanciando il flusso di calore. Funziona solo se il terreno è molto più fresco che all'interno di un hab. Quindi ho voluto controllare. Esistono modi più semplici per generare energia.
I numeri sopra citati sono solo per la superficie molto vicina. Una mappa termica di Hadley Rille ha mostrato che si trovava ancora a -17 gradi 800 metri sotto la superficie, un altro modo per vederla: la temperatura all'interfaccia nucleo / mantello è di circa 1400 gradi. Il mantello ha uno spessore medio di 1350 km. Pertanto, se il mantello fosse di composizione uniforme, ci si aspetterebbe un gradiente termico nel mantello di circa 1 grado per km. Credo che la crosta abbia un gradiente termico inferiore in quanto è meno densa e spezzata con molto spazio vuoto.
Un fattore determinante della temperatura sotterranea potrebbe essere l'esistenza di materiali radioattivi. Ci sono punti caldi sulla luna associati ai radioattivi.
Una risposta:
PearsonArtPhoto
2016-04-15 22:55:41 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Supponi per un momento il tuo cambiamento di 1 grado / metro ed estrapolalo al centro della Luna. Il raggio della luna è di 1737 km, quindi sarebbe oltre un milione di gradi, il che è chiaramente sbagliato! La temperatura interna della Luna, secondo questa domanda, è stimata intorno ai 1200-1800K. Pertanto, sospetto che 1 grado / km sarebbe un aumento molto più realistico della temperatura.

Per quanto riguarda l'articolo che indica una temperatura costante, sospetto che sia semplicemente rispetto alla superficie, che varia selvaggiamente con la ora del giorno.

Per quanto riguarda il motivo della differenza con le misurazioni Apollo, non sono davvero sicuro. Mi aspetto che la temperatura scenda durante lo scavo, anche se potrebbe esserci un periodo di un certo aumento.

Tutte le missioni Apollo sono atterrate la mattina presto, ora locale. Sospetto che nel profondo la temperatura fosse abbastanza costante. La superficie, tuttavia, aveva perso il suo calore e stava appena iniziando a riscaldarsi. Credo che il diagramma intendesse mostrare solo il gradiente, e quindi non mostrava la porzione di cambiamento rapido vicino alla superficie, né l'appiattimento sotto la superficie.

Si noti inoltre che i dati Apollo mostrano la temperatura è più o meno costante a quelle profondità, in molte regioni diverse, ed è nell'intervallo indicato dall'articolo di Science @ NASA.

EDIT: Dopo aver riflettuto di più, penso di aver capito cosa sta succedendo. I 50 cm superiori sono in gran parte dominati dal ciclo giorno / notte. I prossimi metri più in basso tenderanno verso la temperatura interna naturale, diciamo, di 100 m sotto la superficie (sconosciuto dai dati attuali). La temperatura si raffredda man mano che ti alzi da lì, ma sospetto che seguirà un decadimento esponenziale, il cui inizio è visto nei dati dell'Apollo 17. In conclusione, sospetto che il fondo di un tubo di lava di 100 m sarebbe più caldo delle temperature elencate, ma probabilmente sarebbe ancora al di sotto del punto di congelamento dell'acqua.

Il punto di congelamento dell'acqua è 273 K in un'atmosfera. In un vuoto che sublimerebbe abbastanza rapidamente. Se la memoria serve, l'acqua ghiacciata nel vuoto sublimerà a un ritmo abbastanza buono fino a quando non si scende a 90 Kelvin o giù di lì.
@HopDavid Hai ragione che l'acqua sublimerebbe via nel vuoto a qualsiasi temperatura ragionevolmente fredda sotto lo zero, ma in una grotta sigillata non rimarrebbe nel vuoto. Il vapore di Wster aumenterebbe fino al punto in cui viene raggiunto l'equilibrio, quindi probabilmente (penso) otterresti quello che è essenzialmente un grande congelatore, con accumulo di brina su tutte le superfici, e alla fine la sublimazione del gelo e la ricostruzione del gelo lo farebbero accade solo in un ciclo infinito fintanto che viene aggiunto abbastanza calore al sistema per evitare che si raffreddi.


ⓘ
Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
Loading...