Si hay hielo real en la luna, ¿por qué no se ha sublimado?

El artículo de Ars Technica, NASA busca ayuda de la industria con los alunizajes, el retorno de muestra potencial analiza el valor potencial del hielo en la luna como fuente de combustible en futuras misiones espaciales.

El hielo se sublima. Incluso si hace mucho frío escondido en sombras permanentes en cráteres cerca de los polos de la Luna, espero que tenga una presión de vapor distinta de cero.

Entonces, ¿qué evitaría que el hielo se sublimara lentamente durante millones de años? ¿O se está reponiendo de alguna manera?

Si nada, como los fotones del Sol, interactúa con él, no se sublimará. Y podría reponerse con protones de viento solar (hidrógeno) que golpean la Luna y rebotan hasta que permanece en los cráteres sombreados. Y dado que el 60% de la masa de la Luna es oxígeno, parte de él podría "chisporrotear" por la radiación solar hasta que aterrice en la sombra eterna donde puede congelarse. Hidrógeno + oxígeno = agua (Sol+Luna=agua, casi como con una combinación aristotélica de los cuatro elementos), o de todos modos un atractivo recurso ISRU.
El hielo de @LocalFluff se sublima en mi congelador, ¿eso significa que la luz permanece encendida cuando cierro la puerta? (broma) Supongo que quiere decir que la tasa de sublimación térmica es extremadamente baja, y la existencia de cometas lo atestigua.
El hielo se sublima en tu nevera, 200 grados más cálido que los cráteres lunares eternamente sombreados. Pero el hielo sublimado luego se pega a las paredes y estantes y se vuelve a congelar. Así me imagino cómo se podría acumular hielo de agua en los cráteres polares lunares. Estructuras de hielo organizándose para esconderse del maligno Sol. Bueno, fantasías de cocina.
@LocalFluff OK, veo lo que quieres decir. De ahí es de donde proviene al menos parte de la escarcha en un congelador más viejo. El hielo en la bandeja de cubitos de hielo desaparece, y queda toda esta escarcha en otras cosas.
"El hielo en la cubitera desaparece" Pensé que solo imaginaba que esto me estaba pasando. Ahora podemos pasar a explicar cómo desaparecen los calcetines en las lavadoras. Puede haber buenas razones secretas por las que no tienen una lavadora en la ISS. Tampoco necesitan calcetines en microgravedad sin cosas como piso y zapatos.
Tal vez podríamos preguntarnos por qué todavía hay un Europa. O Ganímedes y Calisto, o cualquier número de cometas.
@jamesqf ya preguntamos sobre los cometas , pero Ganímedes y Calisto son probablemente media docena de órdenes de magnitud más gruesos que la capa de hielo.
Mejor aún, ¿por qué inventaron esta idea de repente? ¿Dónde estaba durante los "alunizajes" de citas aéreas?
@jamesqf También podría preguntar eso sobre los Anillos de Saturno y cuánto tiempo han existido y cuánto tiempo se espera que permanezcan.
@EnigmaMaitreya El agua en los anillos podría ser repuesta por los géiseres de las lunas. Hasta que eso se aclare con certeza, los anillos no son el mejor modelo para la tasa de sublimación.
@developerwjk - ¿De qué estás hablando? autores.library.caltech.edu/51509/1/jgr1929.pdf
@DavidHammen Un PDF posfechado falso no me va a convencer. He visto un montón de documentales sobre los alunizajes, y nunca mencionaron ningún hielo.
@developerwjk: el hielo lunar estaría a la sombra permanente de los cráteres polares, o bajo tierra, que no está en ningún lugar que hayamos explorado. No puedo decir si estás bromeando o bromeando, pero si eres un negacionista legítimo del alunizaje , no encontrarás una cálida bienvenida aquí .
@developerwjk -- Ese es un artículo real publicado en 1961; puede ir a la biblioteca de su universidad local y encontrar la revista original en papel. Para agregar al comentario de Russell Borogrove, no solo encontrará una bienvenida no cálida si realmente es un negacionista del aterrizaje lunar. La bienvenida será helada.

Respuestas (4)

El hielo se sublima.

También el rock. Sin embargo, el planeta Mercurio todavía está allí.

La razón por la que Mercurio aún existe es porque, aunque la roca sí se sublima, la velocidad a la que la roca se sublima es extremadamente baja, incluso a las temperaturas de la superficie de Mercurio. Lo mismo se aplica al hielo de agua a temperaturas muy bajas en esos cráteres permanentemente sombreados en la Luna. El hielo de agua a esas temperaturas tan bajas es esencialmente roca.

La tasa de sublimación extremadamente baja de un bloque de hielo de agua expuesto a ~100 kelvins daría como resultado que el hielo se adelgazara en un milímetro cada mil millones de años. Las temperaturas en las partes permanentemente sombreadas del cráter Shackleton son diez grados Kelvin más bajas que eso. Incluso el hielo de agua expuesto puede sobrevivir fácilmente durante miles de millones de años a esas bajas temperaturas. El hielo de agua cubierto por material puede sobrevivir incluso más tiempo.

Gracias por la respuesta cuantitativa: ¡es un número pequeño! También parece caer en dos o tres órdenes de magnitud por cada 10K por debajo de eso. (Fig. 2) people.nwra.com/resumes/andreas/publications/Icarus_Moon.pdf Así que parece que modelar el entorno térmico local (calefacción/refrigeración conductiva y radiativa) es realmente importante.

Sobreestima la presión de vapor y subestima la fuente de energía del polvoingrese la descripción de la imagen aquí

0,05 Pa es equivalente a una capa de 0,000018382 m de polvo que (si fuera un sellador) evitaría que el hielo se sublimara más si asumimos una densidad media de 1700 kg/m 3 y una gravedad de 1,6 m/s 2

Hay otros factores como que el agua es un solvente polar y, por lo tanto, la adhesión a las partículas de polvo como ejemplo (de la misma manera que por qué hay gases He, H, N en el regolito), ralentizando o deteniendo su viaje a través del polvo y ayudando a un mejor sellado. encima del hielo.

La velocidad media de las moléculas de hielo a 200K es de unos 16 m/s, lo que nos indica que no hay suficiente energía (para la mayoría de ellas) para salir volando del cráter de 80 m de profundidad.

Esencialmente es lo mismo que con los asteroides y cometas helados.

Pero, en general, todo se reduce a que había suficiente agua y la velocidad de escape del agua no fue lo suficientemente rápida, por lo que observamos su presencia.

No entiendo el "polvo como sellador" contra la difusión molecular. Puede retardar la difusión, pero no es "hermético". ¿Y la naturaleza polar del agua no es ya parte de la presión de vapor? ¿Puede explicar cómo debería tenerse en cuenta nuevamente? ¿Cuál es la física detrás de 16 m/s que no salen de un cráter de 80 m de profundidad? Las distribuciones de velocidad térmica tienen colas. ¿Puede agregar enlaces de apoyo a sus declaraciones?
@uhoh "ya es parte de la presión de vapor": es agua-agua, pero no agua-algo. Lo que podría incluir complejos de agua, pero no solo eso, complejos de agua en la superficie de cosas, etc. Lo que conduce a diferentes situaciones de sellado, que puedo observar en mi grifo de agua oxidado, que ya no tiene fugas. Así que es química y química en la superficie . 16 = sqrt(1.38×10⁻²³×6×10²³×3×200÷18); 80 = 1,6×(16÷1,6)²÷2 ; "Térmicas... colas". - Eso es cierto, hay muchos factores a considerar, simplemente no es tan simple como solo vapor de hielo -> sin hielo, y definitivamente no soy la persona adecuada para agotarlos todos.

Por supuesto, está sublimando. Y no solo hace frío, sino que la sublimación enfría aún más el hielo restante.

Dado que está en el polvo lunar, también es probable que una molécula de agua sublimada golpee una mota de polvo y se vuelva a congelar. Esto reduce efectivamente la velocidad a la que el agua se mueve desde las profundidades hasta la atmósfera lunar.

Me cuesta entender cómo una tasa de sublimación extremadamente baja podría tener un efecto de enfriamiento significativo . Técnicamente distinto de cero, está bien, pero ¿el hielo es realmente más frío que el material circundante de alguna manera significativa debido a la sublimación ? ¿Puedes redondear algunos enlaces a las fuentes? ¡Gracias!
@uhoh: probablemente tenga razón al suponer que el polvo circundante también se enfriará por el efecto de sublimación. Por eso estoy señalando el efecto de recongelación. En cuanto a la "tasa de sublimación extremadamente baja", bueno, ¡eso es lo que estabas cuestionando en primer lugar! Tenga en cuenta que esto no es realmente diferente de los cometas de hielo, excepto por la gravedad mucho mayor de la luna (y, en consecuencia, una presión de vapor de agua mucho mayor)
Si hay una presión de vapor de agua conocida, o incluso predicha, distinta de cero en los cráteres de la luna, ¿podría agregar algún tipo de enlace o fuente? No estoy desafiando la idea, simplemente me gustaría leer más al respecto, y las buenas respuestas de intercambio de pila deberían respaldar declaraciones de hecho, al menos aquellas que no son ampliamente conocidas. ¡Gracias!
@uhoh: NASA
No veo ninguna mención de la presión de vapor o una presión parcial de agua en la atmósfera de un cráter. ¿Quizás pueda agregar una cita del pasaje específico directamente a su respuesta? Los comentarios deben considerarse temporales y no partes de una respuesta. ¡Gracias!
@uhoh ¿Y qué haría una cubierta de... hum, digamos, una pulgada de Dust con ese parche de ICE sublimado?
@EnigmaMaitreya si lo sabe, publique una respuesta. Yo no, por eso pregunto.
@uhoh... "Vemos un reciclaje extenso y rápido del material de los anillos, en el que las lunas se rompen continuamente en partículas de anillos, que luego se juntan y vuelven a formar lunas". ... La IA de Google me obligará a mejorar en las palabras clave creativas. Independientemente, busqué qué nivel de capas se requiere para evitar la sublimación. Todo lo que obtuve fueron tasas de producción de H2O. Preguntemos esto en su lugar: todos los lugares que conocemos que tienen depósitos de agua bajo la superficie no están perdiendo esa agua debido a la sublimación. Entonces... La corteza funciona, solo es cuestión de determinar el grosor. Probablemente debería mirar a Marte...
@uhoh ... Según recuerdo haber leído, el hielo de agua existe debajo de la superficie y estoy seguro de que se midió en menos de un pie. El área que necesitaría mirar es las Rayas en Marte que se explican (pero se cuestionan) como causadas por el calentamiento del Hielo de agua salada durante el "Verano" y se sublima/absorbe.
@EnigmaMaitreya Publique su respuesta como una respuesta, no como un bloque de comentarios . De esa manera, puede recibir votos y obtener comentarios sobre la calidad y la relevancia de lo que está escribiendo.

Me encontré con esta referencia nuevamente mientras escribía este comentario (el mismo que mencioné aquí , así que pensé en agregarlo a la mezcla explícitamente.

El documento es bastante completo e interesante, y creo que merece una lectura cuidadosa.

Nuevas estimaciones de la tasa de sublimación del hielo en la Luna Edgar L. Andreas, Icarus 186 (2007) 24–30:

¡ Esto es bastante sorprendente, la presión de vapor se ha medido experimentalmente en un rango de diez órdenes de magnitud!

Nuevas estimaciones para la tasa de sublimación del hielo en la Luna, Edgar L. Andreas, Icarus 186 (2007) 24–30

Fig. 1. Mediciones o datos de referencia para la presión de vapor de saturación sobre una superficie plana de hielo de agua pura de Hilsenrath et al. (1960), Jancso et al. (1970), Bryson et al. (1974), Buck (1981) y Martí y Mauersberger (1993). Las expresiones funcionales para esat,i son de Buck (1981), Wagner et al. (1994) y Murphy y Koop (2005) y se dan en las ecuaciones. (2)–(4). La curva de Murphy y Koop está por debajo de la de Buck y Wagner et al. curvas en la región donde todas se superponen.

¡Aquí está el chiste, y tiene un gran impacto! ¡ Observe la anotación de 1 molécula por centímetro cuadrado por hora, y el hecho de que cada marca principal en el eje y representa diez órdenes de magnitud!

Nuevas estimaciones para la tasa de sublimación del hielo en la Luna, Edgar L. Andreas, Icarus 186 (2007) 24–30

Fig. 2. La tasa de sublimación de una superficie plana de hielo puro calculada usando las expresiones de Buck (1981), Wagner et al. (1994) y Murphy y Koop (2005) para esat,i en la ecuación. (1). El eje izquierdo da la tasa de sublimación como flujo de masa; sus unidades son µg cm−2 h−1. El eje de la derecha da la tasa de sublimación como el número de moléculas de vapor de agua que salen de un centímetro cuadrado de la superficie del hielo por hora. La flecha muestra dónde la tasa de sublimación es de solo 1 molécula cm-2 h-1.

Pobre molécula solitaria: pocas posibilidades de una relación significativa con otros sublimadores, y mucho menos establecerse para algún enlace de hidrógeno mutuo. Si encuentra una curva similar para el agua impura, específicamente azúcar más grasa láctea, puede elegir una configuración adecuada para la temperatura del congelador para evitar que el helado desarrolle cristales crujientes, aunque el ciclo anticongelante aún puede causar suficiente sublimación que provoque el consumo. sigue siendo el mejor enfoque.
@TomGoodfellow Siempre pensé que era un hongo congelador dendrítico transparente. ¡Es increíble lo que podemos aprender de los debates académicos en Stack Exchange!
Una tasa de sublimación de 10^-14 moléculas por centímetro cuadrado y hora, es decir, una molécula por hora de un área cuadrada de 100 km por 100 km. Muy por debajo de lo que sería medible en un experimento.
@Uwe Creo que ese es un punto clave del documento. Usaron valores medidos de presión de vapor en diez órdenes de magnitud, hasta aproximadamente 130 K, y luego discutieron modelos físicos de tasa de sublimación que se ajustan a esos datos, y luego usaron esos modelos para predecir la tasa de sublimación por debajo de ~ 50 K, donde es imposible para medir como dices.
@uhoh Entonces, se mide el rango de 10 ^ 10 a 1 y se modela el rango de 1 a 10 ^ -50. Pero el ajuste de los diferentes modelos es increíble.
@Uwe Los puntos en la primera gráfica miden la presión de vapor , desde 10 (no 10 ^ 10) hasta 10 ^ -9. La segunda gráfica con un amplio rango es la tasa de sublimación , y sí, no hay datos en esa gráfica.
Si hay hielo real en la luna, ¿por qué no se ha sublimado?
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