Las preguntas sobre la temperatura de algo en el espacio a menudo son muy difíciles de precisar ( ejemplo ), ya que hay una transferencia de radiación hacia/desde muchas regiones diferentes en el campo de visión a temperaturas dramáticamente diferentes, lo que lleva a diferentes respuestas dependiendo de la posición de un objeto y propiedades radiativas. Quiero preguntar sobre el caso más simple de un objeto en órbita terrestre baja (LEO) que se me ocurre.
Ignoremos el hecho de que un objeto en órbita en el lado nocturno de la Tierra eventualmente se moverá hacia el lado soleado. Digamos que hay un cuerpo negro a una altitud orbital sobre la Tierra en el lado opuesto al sol. Sin producción interna de calor. Estado completamente estacionario. ¿Cuál sería la temperatura del objeto?
Algunas reflexiones iniciales:
Para simplificar, lo haremos un plato. A partir de este punto, no sé a dónde ir exactamente. La Tierra ocupa un par ángulo sólido del campo de visión. Sabemos de la Tierra y el espacio, pero ¿necesitamos más información? La respuesta probablemente sería una función de la emisividad de la Tierra.
Alternativamente, tal vez encontraríamos de la Tierra y suponga que se pierde toda la radiación saliente del satélite. Este último argumento es ciertamente cierto, pero es una fuente de mi confusión.
Por qué pregunto, mi confusión (no es necesario para responder la pregunta):
¿Qué significa que el efecto invernadero aísla radiativamente a la tierra? Tenemos la superficie en un dado , entonces se bloquea parte de la radiación térmica saliente. ¿Qué significa eso? ¿Es entonces la radiación saliente la de la atmósfera superior más fría? ¿Es así como se reduce la radiación térmica? ¿O es la radiación térmica el mismo promedio , pero a menor intensidad? Esta última explicación parecería violar la segunda ley. Si consideramos la placa sobre el lado nocturno de la Tierra, y el lado opuesto de la placa está perfectamente aislado del resto del espacio... entonces debe alcanzar el equilibrio en el de la Tierra (ya sea la superficie o la atmósfera superior , cualquiera es posible). ¿O interpreté mal la ley? Esta es una contradicción común con la que me encuentro al pensar en la transferencia de calor por radiación, y cualquier solución correcta a este problema debería aclararla.
El concepto de emisividad tiene sentido para mi. Pero eso solo está permitido porque la superficie también reflejará proporcionalmente más luz. Por lo tanto, un objeto vecino absorbe menos luz de él, pero luego absorberá más de su propio reflejo, lo que conducirá nuevamente al equilibrio térmico, con los dos objetos al mismo tiempo. . Pero ese enfoque no funciona para la Tierra. En lo que respecta a un satélite, cualquier radiación que emita desaparece, porque la Tierra es muy, muy grande. ¿El aislamiento a través del efecto invernadero causaría entonces un mayor acoplamiento entre el satélite y el vacío del espacio? Puedes imaginar un de la Tierra y una temperatura del espacio, con el objeto cayendo entre ellos. Entonces, ¿la conclusión correcta es que la temperatura del objeto se encuentra más cerca de la temperatura del espacio?
La Tierra recibe una cierta cantidad de radiación del Sol y también genera una cierta cantidad de calor a partir de la radiactividad en el núcleo. Debe irradiar esta cantidad de energía porque, de lo contrario, se calentaría hasta que la emisión térmica coincidiera con la tasa de entrada de energía. Es este flujo de calor el que usarías para calcular cuánto calentó la Tierra tu plato. Las sumas parecen bastante simples y estoy seguro de que Google podría recuperar los valores del calor recibido del Sol y generado internamente.
Dado el flujo de calor de la Tierra, puede calcular una temperatura utilizando la ley de Stefan Boltzmann. Esta temperatura no coincidiría con la temperatura de la superficie de la Tierra, pero entonces, ¿por qué debería hacerlo? Como dices, entre la superficie y el espacio hay una capa de gas aislante. La temperatura de Stefan Boltzmann sería una especie de promedio para las diversas partes de la Tierra desde donde se recibe la radiación. Aumento de CO u otros gases de efecto invernadero cambiarían los perfiles de temperatura entre la superficie y el espacio, pero no la cantidad total de energía que se emite.
Puede definir una emisividad para la Tierra, pero no estoy seguro de cuán útil es esto. Si compara la temperatura en la superficie con la temperatura de Stefan Boltzmann, obtendrá una emisividad inferior a uno, pero esta no es una comparación especialmente útil.
Voy a intentar hacer los cálculos básicos de la forma más sencilla posible. Puede encontrar la intensidad de la radiación saliente de la Tierra:
http://en.wikipedia.org/wiki/File:AIRS_OLR.png
Parece ser del orden de , aunque cambia drásticamente según el lugar específico del que estés hablando.
El argumento de que el albedo de la Tierra es funcionalmente cero parece ser bastante sólido. Importaría, pero solo si el objeto fuera de un tamaño similar al de la Tierra. Para hacer los cálculos, comience con la Ley de Stephen-Boltzman:
El plato tiene dos lados por lo que . Por supuesto, . Una vez que hemos tenido en cuenta la entrada de calor de la radiación de onda larga saliente de la Tierra, no debemos considerar ninguna otra fuente de calor y toda la radiación que emite el objeto se pierde. Así que la otra temperatura con la que intercambia es la del espacio mismo. Lo llamaremos lo suficientemente cerca de cero para completar la ecuación anterior.
Con esto obtengo , que es similar a la figura que he escuchado en otros lugares.
qmecanico