Atmosphère et Lune

[Chmiman]

Bonsoir , c'est bien la première fois que je poste en astrophysique . Je me pose de nombreuses questions précises sur le site phénomènes qui régissent sur terre et dans l'univers , je trouve cela passionnant , et en regardant des articles qui disaient que l'homme ne s'était jamais rendu sur la lune , par curiosité , j'ai vu des phénomènes physiques que je ne comprends pas très bien :

Ils disent que les traces de pas des astronautes sont bien visibles car la lune n'a pas d'atmosphère , mais en quoi l'absence d'atmosphère fait qu'on voit mieux les traces de pas !?

Ensuite , sur l'absence d'atmosphère , cela signifie qu'ils n'y a pas de gaz , mais si sur terre il n'y en avait pas , on dit qu'il ferait -240° . Ce que je conçoit mal , c'est que pour Moi meme sans air ni gaz qui bouge dans l'air les atomes de ma table , de mon ordinateur , et de tous les objets et liquides qui m'entourent bougent quand même , sinon comment je percevrait le métal froid d'une lame de couteau , cela ne dépend pas de l'air !?

Merci à vous astrophysiciens !
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[Paraboloide_Hyperbolique]

Bonsoir,

Ils disent que les traces de pas des astronautes sont bien visibles car la lune n'a pas d'atmosphère , mais en quoi l'absence d'atmosphère fait qu'on voit mieux les traces de pas !?

Bonne question. Peut-être serait-ce dû au fait que la lumière du Soleil ne subit aucune diffusion sur la Lune ?

Ensuite , sur l'absence d'atmosphère , cela signifie qu'ils n'y a pas de gaz , mais si sur terre il n'y en avait pas , on dit qu'il ferait -240° . Ce que je conçoit mal , c'est que pour Moi meme sans air ni gaz qui bouge dans l'air les atomes de ma table , de mon ordinateur , et de tous les objets et liquides qui m'entourent bougent quand même , sinon comment je percevrait le métal froid d'une lame de couteau , cela ne dépend pas de l'air !?

C'est probablement une allusion à l'effet de serre: le gaz atmosphérique (particulièrement la vapeur d'eau et le CO2) renvoient vers la Terre la chaleur dégagée par les masses terrestres et océaniques. Cela permet de réduire la déperdition de chaleur dans l'espace et de maintenir une température plus élevée.

[Gilgamesh]

Bonsoir , c'est bien la première fois que je poste en astrophysique . Je me pose de nombreuses questions précises sur le site phénomènes qui régissent sur terre et dans l'univers , je trouve cela passionnant , et en regardant des articles qui disaient que l'homme ne s'était jamais rendu sur la lune , par curiosité , j'ai vu des phénomènes physiques que je ne comprends pas très bien :

Ils disent que les traces de pas des astronautes sont bien visibles car la lune n'a pas d'atmosphère , mais en quoi l'absence d'atmosphère fait qu'on voit mieux les traces de pas !?

La photo ayant été prise immédiatement après l'impression de la botte sur le regolithe, cela ne fait pas de différence. Par contre, si on y retournait aujourd'hui, 48 ans après, les traces seraient quasiment intactes, tandis que sur Terre, l'érosion par l'eau, le vent, la végétation, les animaux, etc aurait en toute probabilité effacé toutes traces depuis longtemps.

Ensuite , sur l'absence d'atmosphère , cela signifie qu'ils n'y a pas de gaz , mais si sur terre il n'y en avait pas , on dit qu'il ferait -240° . Ce que je conçoit mal , c'est que pour Moi meme sans air ni gaz qui bouge dans l'air les atomes de ma table , de mon ordinateur , et de tous les objets et liquides qui m'entourent bougent quand même , sinon comment je percevrait le métal froid d'une lame de couteau , cela ne dépend pas de l'air !?

Pas -240°C, non.

La température d'équilibre radiatif d'un corps sphérique gris (cad dont les coefficients d’émissivité et d'absorptivité sont égaux) avec un albédo de surface égal à celui de la Terre A=0,3 (cad qui réfléchit 30% de la lumière du Soleil) en rotation (cad en faisant la moyenne jour nuit) est de l'ordre de -18°C. C'est l'effet de serre de l'atmosphère qui permet de porter la température moyenne de la surface terrestre autour de +15°C

Sur la Lune, l'albédo est plus faible A=0,07, la surface absorbe mieux la lumière du Soleil, et donc la température d'équilibre est plus élevée, autours de 0°C. Il s'agit d'une température moyenne : on moyenne la température à l'équateur et au pôle, et la température jour nuit. Sur la Lune dont les nuits sont très longues (~ 14 j) la température peut descendre bien plus bas que ça, (jusqu'à près de -170°C) et au midi solaire, à l'équateur, la température d'équilibre radiatif (toujours dans l'approximation corps gris) est de +113°C. Les -240°C concernent des régions qui ne voient jamais la lumière du Soleil, comme le fond de certains cratères.

Les missions Apollo se sont posées "au petit matin", un à deux jours après le lever du Soleil.

On peut facilement calculer la température d'équilibre radiatif en fonction de l'angle solaire on a :

1 jour après le lever du Soleil : -52°C
2 jours : -11°C
3 jours : +16°C
4 jours : +36°C
5 jours : +53°C

Les astronautes bénéficiaient donc d'un sol relativement tempéré.

Maintenant par rapport à ta question précise : s'il existait une atmosphère sur la Lune, en l'imaginant transparente, comme sur Mars ou la Terre, elle n'absorberait pas la lumière en première approximation, et c'est le sol qui lui donnerait sa température, au moins un à deux mètres de hauteur. Et donc pour calculer le bilan thermique des astronautes dans leur combinaison, c'est cette température d'atmosphère grosso modo égale à celle du sol qu'il faudrait prendre en compte.

Dans la réalité, les astronautes évoluent dans le vide, et il n'y a pas d'échange pas conduction, ils baignent dans un milieu isolant parfait, sauf au niveau des semelles. Ce qu'il faut prendre en considération ce sont les échanges radiatifs. Vu qu'on est au Soleil, c'est la première chose à prendre en compte, et les combinaisons sont blanches afin de ne pas absorber ce flux. Ensuite il y a la chaleur dégagée par le corps des astronautes, qu'il faut évacuer. Comme on ne peut pas échanger avec l'air, il faut s'y prendre autrement. Dans une des couches de la combinaison il y a un circuit d'eau caloporteur qui va transmettre ses calories à un évaporateur en contact avec le vide : on fait se sublimer de la glace dans le vide, ce qui absorbe beaucoup de chaleur et permet d'évacuer les calories produites par le corps des astronautes.

[Chmiman]

Waw j'ai tout compris vous expliquez vraiment bien ! Si sur terre il n'y avait pas d'athmosphere imaginons , et que nous étions capable de vivre sans air , aurions nous les memes sensations de températures quand on touche un objet plus froid ou plus chaud ? Notre corps et les objets auraient ils une température quand même ?

Car les échanges thermiques entre notre corps et un objet se fait par des récepteurs qui voient l'agitation des molécules et c'est la sensation je crois , c'est plutôt passionnant , mais c'est plutôt de la thermodynamique si je ne m'abuse .

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gilgamesh]

Waw j'ai tout compris vous expliquez vraiment bien ! Si sur terre il n'y avait pas d'athmosphere imaginons , et que nous étions capable de vivre sans air , aurions nous les memes sensations de températures quand on touche un objet plus froid ou plus chaud ? Notre corps et les objets auraient ils une température quand même ? [
Car les échanges thermiques entre notre corps et un objet se fait par des récepteurs qui voient l'agitation des molécules et c'est la sensation je crois , c'est plutôt passionnant , mais c'est plutôt de la thermodynamique si je ne m'abuse .

Oui, c'est toute la branche qui s'occupe des transferts thermiques, par conduction, convection ou rayonnement. L'absence d'air va supprimer les transfert par convection mais les échanges par conduction (le contact direct de la main avec l'objet) ou par rayonnement resteront inchangés en premier approximation.

[invite5b23d26d]

tous les liquides qui m'entourent bougent quand même

Je fais une petite remarque, sans atmosphère il n'y aurait plus de liquide en surface, car plus de pression.

[Chmiman]

Je comprends pas , si il n'y a plus de pression il n'y a plus d'échange air eau mais c'est tout non ? La gravité attire l'eau vers le sol , vous pouvez développer s'il vous plaît ?

[Gilgamesh]

Je comprends pas , si il n'y a plus de pression il n'y a plus d'échange air eau mais c'est tout non ? La gravité attire l'eau vers le sol , vous pouvez développer s'il vous plaît ?

Ça concerne les propriétés thermodynamiques de l'eau. Dans le vide complet, l'eau n'existe pas à l'état liquide (quelle que soit la température) et passe de l'état solide à l'état gazeux pour des températures supérieures à -60°C.

[Chmiman]

Si je prends un verre d'eau et que je fais le vide l'eau va s'évaporer en combien de temps ?

[Deedee81]

Salut,

Si je prends un verre d'eau et que je fais le vide l'eau va s'évaporer en combien de temps ?

Elle va se mettre à bouillir, son point d'ébullition passant en-dessous de la température ambiante.
Donc le temps qu'il faut pour vaporiser un verre d'eau en le faisant bouillir (je n'ai pas mesuré, quelques minutes j'imagine).

[Gilgamesh]

On peut meme aller un peu plus loin : l'eau va rentrer en ebullition et s'evaporer, ce qui va absorber une grande quantite de chaleur. Si c'est un bouteille isolee dans le vide et mise a l'abris du rayonnement solaire, durant ce processus la temperature des parois et du liquide restant va s'abaisser fortement. Et quand la temperature va passer en dessous de -60 degres, il va se former de la glace. Ton eau liquide va donc former d'une part de la vapeur qui s'echappera dans l'espace et d'autre part, eventuellement, de la glace qui restera dans la bouteille. Et si tu exposes cette glace au Soleil, ou au circuit caloporteur des combinaisons des astronautes, comme vu plus haut, elle va absorber cet apport de chaleur et se sublimer. Tout depend donc en definitive de l'energie que tu apportes a l'eau pour effectuer son changement d'etat.

[Chmiman]

Attendez, si je met un verre d'eau sous une cloche il va bouillir? Mais pourquoi il bout ? C'est fou comme il peut se passer des choses étranges, car d ou vient l'augmentation de température ?

[Deedee81]

Attendez, si je met un verre d'eau sous une cloche il va bouillir? Mais pourquoi il bout ? C'est fou comme il peut se passer des choses étranges, car d ou vient l'augmentation de température ?

Il n'y a pas d'augmentation de température.

Disons que la température de l'eau est 20°C. Tu fais le vide dans la cloche. Au fur et à mesure que tu baisses la pression, la température d'ébullition change. Lorsqu'elle atteint 20°C, pouf, l'eau se met à bouillir.
(l'état d'une substance : liquide, gaz, etc.... dépend de la température et de la pression)
Regarde le diagramme de l'eau par exemple ici : https://fr.wikipedia.org/wiki/Diagramme_de_phase

[mach3]

A tout moment il y a une certaine probabilité pour qu'une molécule d'eau s'échappe du liquide, à cause de l'agitation thermique. De même, quand une molécule d'eau en phase vapeur vient taper sur la surface du liquide, il y a une certaine probabilité qu'au lieu de rebondir elle y pénètre et y reste. Il y a un échange permanent de molécules d'eau (et également de molécules d'azote, d'oxygène, et d'autres constituants de l'air) entre la phase liquide et la phase vapeur.
Plus la température est élevée, plus l'agitation est élevée, plus les molécules d'eau partent facilement.
Plus il y a de molécules d'eau dans la phase vapeur, plus il y en a qui "pleuvent" sur le liquide et y retourne. Cela se caractérise par la pression partielle de l'eau, c'est-à-dire la part de la pression qui est due aux molécules d'eau (pour rappel la pression sur une surface est due aux collisions avec les nombreuses molécules qui rebondissent dessus)

Pour une certaine température (et donc un flux sortant de molécules d'eau), il y a une pression partielle (et donc un flux entrant), dite pression de vapeur saturante où il y a autant de molécules d'eau qui entrent que de molécules d'eau qui sortent : c'est l'équilibre.
Si la pression partielle est plus élevée, le flux entrant est plus important et on a un flux net de la vapeur vers le liquide (condensation). La vapeur perd de molécules d'eau, donc la pression partielle de l'eau baisse, donc le flux entrant aussi, jusqu'à ce que les flux entrant et sortant se compensent.
Si la pression partielle est plus basse, le flux sortant est plus important et on a un flux net du liquide vers la vapeur (évaporation). La vapeur gagne des molécules d'eau, donc la pression partielle de l'eau monte, dons le flux entrant aussi, jusqu'à ce que les flux se compensent (ou qu'il n'y ait plus de liquide...).

Si la pression totale est inférieure à la pression de vapeur saturante, il va donc y avoir évaporation et ce jusqu'à ce que la pression partielle de l'eau atteigne la valeur de la pression de vapeur saturante.

A 100°C, la pression de vapeur saturante de l'eau est de 1bar, donc si je chauffe de l'eau liquide à une température supérieure à 100°C sous une pression de 1bar, elle peut s'évaporer intégralement (à moins que la pièce ne soit hermétique, au quel cas la pression augmentera à l'intérieur et pourra peut-être stopper l'évaporation, mais ce sera un vrai sauna ).

A 20°C, la pression de vapeur saturante de l'eau est de ~20mbar. Si je soumets de l'eau liquide à 20°C à une pression inférieure à 20mbar, elle peut s'évaporer intégralement. Certes les molécules d'eau ne sont pas très agitées à 20°C, et assez peu s'échappent du liquide, mais si la pression partielle de l'eau est inférieure à 20mbar, trop peu de molécules d'eau de la vapeur reviennent au liquide. Donc flux net vers la vapeur.

m@ch3

[invite1814765f]

Bonjour
On parle beaucoup actuellement de futures plantations de pommes de terre sur Mars, mais restons sur la lune et observons la T° d'ébullition de l'eau.
Si je mets une pomme de terre dans un quelconque récipient contenant de l'eau , l'ébullition "froide" arrivera -t-elle néanmoins à la cuire ? . J'en doute, alors comment cuire ses aliments ?

[phys4]

Il ne serait pas question de vivre directement sur la Lune ou Mars avec leurs atmosphères ou absence d'atmosphère.

Il faudrait au moins une cloche de protection suffisante : nous pourrions vivre avec 1/5 de la pression sur Terre, avec une atmosphère comprenant surtout de l'oxygène.
Dans ces conditions l'eau bout à 60°, insuffisant pour la cuisson, mais depuis longtemps l'autocuiseur a été inventé pour faciliter la cuisson. Il serait tout à fait approprié dans ce cas.

[Deedee81]

Salut,

Si je mets une pomme de terre dans un quelconque récipient contenant de l'eau , l'ébullition "froide" arrivera -t-elle néanmoins à la cuire ? . J'en doute, alors comment cuire ses aliments ?

Faut pas la mettre dans l'eau, mais dans l'huile.

[jacknicklaus]

Si je mets une pomme de terre dans un quelconque récipient contenant de l'eau , l'ébullition "froide" arrivera -t-elle néanmoins à la cuire ? . J'en doute, alors comment cuire ses aliments ?

problème bien connu de tout alpiniste ayant essayé de cuire ses pâtes en altitude.

[invite0bbe92c0]

Bonjour
On parle beaucoup actuellement de futures plantations de pommes de terre sur Mars, mais restons sur la lune et observons la T° d'ébullition de l'eau.

Il ne peut pas y avoir ébullition de l'eau sur la lune car la pression ambiante (en gros 0) est en dessous de celle du point triple : il n'y a donc pas de phase liquide et la glace se sublimera, sans passer par une phase liquide. (par contre quelle est la temp. de sublimation de la glace d'eau avec une pression quasi-nulle ?)

Le cas de Mars est un peu différent : la pression atmosphérique est, en moyenne, à peu près celle du point triple de l'eau (6 mBar) mais il existe des endroits où elle est légèrement supérieure.

[inviteec0d6e6f]

alors comment cuire ses aliments ?

on ne cuit pas ses aliments dans le vide...

[Deedee81]

on ne cuit pas ses aliments dans le vide...

On peut toujours utiliser un four à micro-onde par exemple. Là, je ne vois pas de contre-indication.

[invitef29758b5]

Salut

Et quand la température va passer en dessous de -60 degres, il va se former de la glace.

En dessous de 0°C
Plus exactement 0,01° , 611 Pa , point triple de l' eau .
11 Pa , c' est un vide très facile à obtenir sur terre , ce qui rend l' expérience facilement réalisable .

[invite0bbe92c0]

En dessous de 0°C
Plus exactement 0,01° , 611 Pa , point triple de l' eau .
11 Pa , c' est un vide très facile à obtenir sur terre , ce qui rend l' expérience facilement réalisable .

Visiblement tu n'as pas compris ce qu'est un point triple.

[invitef29758b5]

Visiblement tu n'as pas compris ce qu'est un point triple.

Toi qui as tout compris , tu vas nous expliquer

[Deedee81]

EDIT croisement avec Dynamix

Visiblement tu n'as pas compris ce qu'est un point triple.

Non, il a raison, les valeurs qu'il donne sont bien celles du point triple.
Voir ici par exemple : https://fr.wikipedia.org/wiki/Point_triple

[invite0bbe92c0]

Non, il a raison, les valeurs qu'il donne sont bien celles du point triple.

Les valeurs sont celles du point triple (et je n'ai pas écrit le contraire).
Mais quand on est dessous du point triple (donc dans une zone T-P qui n'autorise que les transitions sublimation et condensation solide) il y a bien une variation de la température de condensation solide en fonction de la pression, il me semble ?

[invitef29758b5]

Dans le processus décrit par l' ami Deedee81 , dès que la température passe en dessous de 0°C , elle gèle .
Et à partir de ce moment elle se sublime .

[Gilgamesh]

par contre quelle est la temp. de sublimation de la glace d'eau avec une pression quasi-nulle ?)

La réponse est difficile à trouver parce que la réponse c'est que y'a toujours un peu de glace qui se sublime...

La formule qui donne le flux massique surfacique de sublimation S (en kg/m2) est :



avec, pour une surface plane :

p(T) la pression de vapeur saturante à la température T, (en Pascal)
m la masse moléculaire de la molécule d'eau (en kg/mol)
R la cte universelle des gaz parfaits
T la température (en Kelvin)

Et la valeur de p(T) est donnée par différentes formule empirique comme celle ci (Buck, 1981) :



avec
a = 6.1115
b = 22.542
c= 273.48
T' = T - 273.15
avec T la température en Kelvin

Ca donne une courbe de p(T) qui a cette allure :

[Gilgamesh]

Ce qui in fine nous donne ce taux de sublimation de la glace sur la Lune.

source : New estimates for the sublimation rate for ice on the Moon

[invite0bbe92c0]

Dans le processus décrit par l' ami Deedee81 , dès que la température passe en dessous de 0°C , elle gèle .
Et à partir de ce moment elle se sublime .

Ce n'est pas ce qui ressort du message très explicite de Gilgamesh (#28 & #29)