Чем дышат на МКС

Мокрое место: откуда в нашей вселенной вода

Вода в вашем стакане древнее всего, что вы видели в жизни; большая часть ее молекул древнее самого Солнца. Она появилась вскоре после того, как зажглись первые звезды, и с тех пор космический океан подпитывается их термоядерными топками. В подарок от древних звезд Земле достался Мировой океан, а соседним планетам и спутникам — ледники, подземные озера и глобальные океаны Солнечной системы. 11 апреля 2019 08:57

1. Большой взрыв

Водород почти так же стар, как сама Вселенная: его атомы появились, как только температура новорожденной Вселенной упала настолько, что смогли существовать протоны и электроны. С тех пор водород уже 14,5 млрд лет остается самым распространенным элементом Вселенной и по массе, и по числу атомов. Облака газа, состоящие в основном из водорода, заполняют весь космос.

В 2011 году астрономы обнаружили в созвездии Персея молодую солнцеподобную звезду, извергавшую целые фонтаны воды. Ускоряясь в мощном магнитном поле звезды, молекулы H20 на скорости, в 80 раз больше скорости пулеметной пули, вырывались из недр звезды и, остывая, превращались в капли воды. Вероятно, такие выбросы молодых звезд — один из источников вещества, в том числе и воды, в межзвездном пространстве.

2. Первые звезды

В результате гравитационного коллапса облаков водорода и гелия появились первые звезды, внутри которых начался термоядерный синтез и образовались новые элементы, в том числе кислород. Кислород и водород дали воду; первые ее молекулы могли сформироваться сразу после появления первых звезд — 12,7 млрд лет назад. В форме очень рассеянного газа она заполняет межзвездное пространство, охлаждая его и таким образом приближая рождение новых звезд.

В 2011 году астрономы нашли самый большой космический резервуар с водой. Он обнаружился в окрестностях огромной и древней черной дыры в 12 млрд световых лет от Земли; воды в нем хватило бы, чтобы заполнить земные океаны 140 трлн раз! Но астрономов больше заинтересовало не количество воды, а ее возраст: ведь расстояние до облака указывает на то, что оно существовало, когда возраст Вселенной составлял одну десятую от нынешнего. А значит, уже тогда вода заполняла часть межзвездного пространства.

3. Вокруг звезд

Вода, присутствовавшая в породившем звезду облаке газа, переходит в вещество протопланетного диска и объектов, которые формируются из него, — планет и астероидов. В конце жизни самые массивные звезды взрываются сверхновыми, оставляя после себя туманности, в которых вспыхивают новые звезды.

Вода в Солнечной системе

Ученые полагают, что на Земле есть два хранилища воды. 1. На поверхности: пар, жидкость, лед. Океаны, моря, ледники, реки, озера, атмосферная влага, грунтовые воды, вода в живых клетках. Происхождение: вода комет и астероидов, бомбардировавших Землю 4,1−3,8 млрд лет назад. 2. Между верхней и нижней мантиями. Вода в связанной форме в составе минералов. Происхождение: вода протосолнечного облака межзвездного газа или, по другой версии, вода протосолнечной туманности, возникшей в результате взрыва сверхновой.

В 2011 году американские геологи обнаружили в алмазе, выброшенном на поверхность во время извержения бразильского вулкана, минерал рингвудит с большим содержанием воды. Он сформировался на глубине более 600 км под землей, и вода в составе минерала присутствовала в магме, породившей его. А в 2015 году другая группа геологов, опираясь на данные сейсморазведки, пришла к выводу, что на этой глубине очень много воды — столько же, сколько в Мировом океане на поверхности, если не больше.

МКС

Кометы, астероиды, метеориты приносят в Солнечную систему воду из космоса. А в космосе откуда берется вода?

Как ни странно, источники воды – звезды. Вода накапливалась в межзвездном пространстве с тех пор, как появились первые звезды, более десяти миллиардов лет, поэтому Н2О старше Солнца, которому всего 4.5 миллиарда.

Рис. 1

Межзвездный газ, звезды и Солнце на 75% состоят из водорода, второй по обилию элемент – гелий, а третий – кислород, по массе его больше, чем каждого из других химических элементов. Основной поставщик кислорода – звезды «среднего возраста». Как подчеркивает Главный научный сотрудник Геологического института РАН Ю.А. Балашов, для объединения атомов водорода и кислорода в молекулу воды, необходима высокая температура в тысячи градусов.

Когда в звездах завершаются ядерные реакции превращения водорода в гелий, ядро звезды сжимается, его температура повышается и включаются новые термоядерные реакции образования кислорода, углерода, азота. Равновесие сил газового давления и гравитации нарушается. Атмосфера такой звезды раздувается и охлаждается, поэтому звезда превращается в красного гиганта. На этой стадии атмосферы постепенно покидают звезды и рассеиваются в пространстве. У многих звезд на такой стадии наблюдаются объемные колебания, истечение атмосфер, образование рассеивающихся планетарных туманностей (рис. 2).

Рис. 2

Поступающие из ядра звезды ионы и атомы кислорода в условиях более низкой температуры атмосферы превращаются в молекулы. Дальше от звезды, где холоднее, молекулы более тугоплавких химических элементов объединяются в пылинки, а водород и кислород покрывают пылинки ледяным слоем (рис. 3).

Рис. 3

Поэтому не удивительно, что молекулы воды так широко распространены в космосе. После молекулы водорода Н2 и очень стабильной молекулы СО вода Н2О на третьем месте. Следующий этап жизни воды – на пылинках газопылевых облаков (рис 4).

Рис. 4

Межзвездные пыль и газ образуют облака различного размера, температуры и плотности. Эти облака заполняют огромные темные холодные пространства между звездами. В результате быстрого вращения галактик газопылевое вещество опускается к их экваторам, где формируются более плотные диски. Именно в них возникают уплотнения, превращающиеся в зоны звездообразования.

Наступает следующий этап – вода активно участвует в рождении молодых звезд. В сгустках газопылевых облаков неоднократно обнаруживали воду. Наблюдали воду и в окрестностях очень молодых звезд, еще не освободившихся от окружающего их газопылевого вещества. Вода в виде холодного пара способствует охлаждению протозвезд и их дальнейшему сжатию.

«Группа американских астрономов из Корнеллского университета нашла в большом молекулярном облаке созвездия Ориона (область активного звездообразования) самую значительную из известных концентрацию паров воды. За один день это гигантское облако производит из водорода и кислорода такое количество воды, которым можно было бы 60 раз наполнить все моря и океаны земного шара.» (рис. 5)

Рис. 5

Воды в космосе огромное количество, но ее довольно сложно наблюдать по многим причинам. БОльшая часть воды находится в виде льда, которого насчитывается 11 модификаций, в зависимости от давления и температуры изменяется структура кристаллических решеток, а при низких температурах лед становится аморфным.

Некоторые спектральные линии воды обнаруживаются при космических исследованиях в инфракрасном, субмиллиметровом и ультрафиолетовом диапазонах.

Спектры воды с Земли наблюдаются в радиодиапазоне (1.35 см) в виде линий поглощения на фоне спектров излучающих источников.

Большой неожиданностью было обнаружение в некторых областях звездообразования вместо линий поглощения ярких линий излучения молекул ОН и Н2О. Линии были очень узкими, что говорит о кинетической температуре всего в пару десятков градусов Кельвина. С другой стороны, зная расстояние до наблюдаемых объектов, оценили яркостную температуру, которая оказалась неимоверно высокой: 10^14 – 10^15 К ! Стало ясно, что это излучение не тепловое, а мазерное. Мазеры – лазеры радиодиапазона. Накачка мазеров производится инфракрасным излучением образующихся звезд, которые пока не сжались и не разогрелись. Их размеры – с Солнечную систему, а температура всего 3-4 тысячи градусов.

Вода не только участвует в образовании звезд, но и активно влияет на дальнейшую судьбу планетных систем.

Водород и кислород захватываются звездным ветром и в условиях более низкой, чем в звезде, температуры, порядка тысяч градусов, образуют пар, и в таком виде вода попадает на поверхности планет. Возможность удержания пара (воды) в атмосферах зависит от массы планет и их температуры. Следовательно, вода может существовать и на планетах других звезд.

Описанные процессы можно наблюдать на примере Солнца и Солнечной системы. На планетах, близких к Солнцу, вода испаряется, на Земле – условия для жидкой воды – наилучшие. Возможно, есть вода и на Марсе, и на некоторых спутниках планет. Самые далекие планеты состоят из льда с примесью более тяжелых элементов. Периферия бывшего газопылевого блака, из которого возникла Солнечная система, занята астероидами пояса Койпера и кометами области Оорта. ( рис 6) Эти тела почти полностью состоят из льда, кометы часто попадают во внутренние области Солнечной системы, и, неся замерзшую воду, падают на Солнце.

Рис. 6

Наше Солнце не остается в долгу: его солнечный ветер заполняет гелиосферу и выносит массы воды в межзвездное пространство. Ведь на планеты попадает ничтожная часть солнечного ветра. Суммарный угловой диаметр всех планет, видимых с Солнца, не превышает 5-6 минут, а солнечный ветер распространяется с различной интенсивностью во все стороны на 360 градусов.

История космической воды продолжается…

жизнеобеспечение пилотируемых аппаратов

Код точно не помню, кафедра Э4.

Окончание: может я не всё учел и где-то перепутал факты, цифры. Тогда дополняйте, поправляйте и критикуйте.
На это «словоблудие» меня подтолкнула интересная публикация:
Мой младший отпрыск сегодня в школе начал сколачивание «исследовательской группы- банды» для выращивания пекинского салата в старой микроволновке. Вероятно решили себя обеспечить зеленью при путешествии на Марс. Старую микроволновку придётся покупать на AVITO, т.к. мои пока все функционируют. Не ломать ведь специально?

Прим. на фото, конечно не мой ребёнок, да и не будущая жертва эксперимента-микроволновка.

Как я и обещал marks@marks, если, что-то выйдет-фотки и результат скину на ГИК. Выращенный салат могу послать почтой РФ желающим, за отдельную плату конечно.

Первоисточники: АКТОВАЯ РЕЧЬ доктора технических наук, профессор, заслуженного деятеля науки РФ Ю.Е. СИНЯК (РАН) «СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ ОБИТАЕМЫХ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
(Прошлое, настоящее и будущее)» /Москва Октябрь 2008. Основная часть текста отсюда
«Живая наука» (http://livescience.ru)-Регенерация воды на МКС.
АО «НИИхиммаш» (www.niichimmash.ru). Публикации сотрудников АО «НИИхиммаш».
Интернет-магазин «Еда космонавтов» Использованы фото,видео и документы: Системы жизнеобеспечения с полной замкнутостью потоков вещества — презентация онлайн
(Филипп Терехов@lozga)
Большая советская энциклопедия (www.bse.uaio.ru)

Чем дышать в космосе

В непривычных условиях внеатмосферного полета космонавтам должны быть созданы все условия для работы и отдыха. Им нужно есть, пить, дышать, отдыхать, спать положенное время. Такие простые и обыденные для земного бытия вопросы в условиях космоса перерастают в сложные научные и технические проблемы.

Человек может довольно долго обходиться без пищи, без воды — несколько дней. Но без воздуха он может жить лишь несколько минут. Дыхание — важнейшая функция человеческого организма. Как обеспечивается она в космическом полете?

Свободный объем в космических кораблях невелик. как правило, имеет на борту около 9 кубических метров воздуха. А за стенками корабля — почти полный вакуум, остатки атмосферы, плотность которой в миллионы раз меньше, чем у поверхности Земли.

9 кубометров — это все, что имеют для дыхания космонавты. Но это немало. Вопрос только в том, чем будет заполнен этот объем, чем будут дышать космонавты.

Атмосфера, окружающая человека на Земле, в сухом состоянии содержит по весу 78,09 процента азота, 20,95 процента кислорода, 0,93 процента аргона, 0,03 процента углекислого газа. Количество других газов в ней практически незначительно.

Такой газовой смесью привыкли дышать человек и почти все живое на Земле. Но возможности человеческого организма более широки. Из общего атмосферного давления на уровне моря на долю кислороде приходится примерно 160 миллиметров. Человек может дышать при понижении давления кислорода до 98 миллиметров ртутного столба, и лишь ниже наступает «кислородное голодание». Но возможен и другой вариант: когда содержание кислорода в воздухе больше нормы. Верхняя граница возможного для человека парциального давления кислорода проходит на уровне 425 миллиметров ртутного столба. При большей концентрации кислорода наступает кислородное отравление. Итак, возможности организма человека допускают колебания содержания кислорода примерно в 4 раза. В еще более широких пределах наш организм может переносить колебания атмосферного давления: от 160 миллиметров ртутного столба до нескольких атмосфер.

Азот и аргон — инертная часть воздуха. В окислительных процессах принимает участие только кислород. Поэтому возникла мысль: а нельзя ли в космическом корабле заменить азот на более легкий газ, скажем, гелий. Кубический метр азота весит 1,25 килограмма, а гелия — всего 0,18 килограмма, то есть в семь раз меньше. Для космических кораблей, где на учете каждый лишний килограмм веса, это отнюдь не безразлично. Эксперименты показали, что в кислородногелиевой атмосфере человек может нормально дышать. Это было проверено американскими акванавтами при длительных подводных погружениях.

В техническом отношении привлекает внимание также одногазовая атмосфера, состоящая из чистого кислорода. В американских космических кораблях для дыхания космонавтов применяется чистый кислород при давлении около 270 миллиметров ртутного столба. При этом проще (а значит, и легче) получается аппаратура для контроля давления и поддержания состава атмосферы. Однако чистый кислород имеет свои недостатки: возникает угроза пожара на космическом корабле; длительное вдыхание чистого кислорода вызывает неприятные осложнения в дыхательных путях.

При создании искусственной среды в отечественных космических кораблях за основу взята нормальная земная атмосфера. Специалисты, прежде всего — медики, настояли на том, чтобы на борту космических кораблей был создан уголок родной планеты с условиями, как можно более близкими к тем, которые окружают человека на Земле. Все технические выгоды, получаемые при применении одногазовой атмосферы, кислородно-гелиевой и других, были принесены в жертву ради полного комфорта для космонавтов. Все параметры очень близки к нормам той атмосферы, которой мы дышим на Земле. Они показывают, что автоматика «держит» параметры воздуха в кабине очень «жестко», стабильно. Космонавты как бы дышат чистым воздухом Земли.

После посадки космонавтов в корабль, после герметизации его отсеков состав атмосферы в корабле начинает изменяться. Два космонавта потребляют в час около 50 литров кислорода и выделяют 80—100 граммов водяных паров, углекислый газ, летучие продукты обмена веществ и др. Тогда вступает в действие система кондиционирования, которая доводит атмосферу «до кондиции», то есть поддерживает все ее параметры на оптимальном уровне.

В основу регенерации атмосферы положены эффективные, проверенные физические и химические процессы. Известны химические вещества, которые при соединении с водой или углекислым газом способны выделять кислород. Это надперекиси щелочных металлов — натрия, калия, лития. Чтобы при этих реакциях выделилось 50 литров кислорода — часовая потребность двух космонавтов, — необходимо 26,4 грамма воды. А выделение ее в атмосферу двумя космонавтами, как мы уже сказали, достигает 100 граммов в час.

Часть этой воды расходуется на получение кислорода, часть сохраняется в воздухе для поддержания нормальной относительной влажности (в пределах 40—60 процентов). Лишняя же вода должна улавливаться специальными поглотителями.

Наличие пыли, крошек, мусора в воздухе недопустимо. Ведь в невесомости все это не падает на пол, а свободно плавает в атмосфере корабля и может попадать в дыхательные пути космонавтов. Для очистки воздуха от механических загрязнений существуют специальные фильтры.

Итак, регенерация атмосферы в корабле сводится к тому, что часть воздуха из обитаемых отсеков постоянно забирается вентилятором и проходит через ряд устройств системы кондиционирования. Там воздух очищается, доводится до нормы по химическому составу, влажности и температуре и снова возвращается в кабину космонавтов. Такая циркуляция воздуха идет постоянно, а скорость ее и эффективность работы неослабно контролируются соответствующей автоматикой.

Например, если чрезмерно возросло содержание кислорода в атмосфере корабля, то система, контроля немедленно заметит это. Она подает соответствующие команды исполнительным органам; режим работы установки изменяется так, чтобы уменьшить выделение кислорода.

«Космическая» вода

В наше время существует гипотеза, что молекулы воды, содержащиеся в кометах и метеоритах, исполняют роль «сеятелей жизни» во Вселенной. Информация, «записанная» в молекулах воды, при благоприятных условиях на планете позволяет развиться жизни. И кометы можно назвать «яслями разумной жизни» – из хвоста комет попадают на планеты «информационные капли».

Информация, принесенная «космической» водой, может быть несовместимой с жизнью на планете, в этом случае у коренных обитателей планеты могут развиваться болезни. Если информация, которую несет вода из космоса, совместима с жизнью, развившейся на Земле, то улучшается здоровье людей, увеличиваются урожаи зерновых культур, овощей и фруктов. Увеличивается плодовитость животных. В мире наступает период изобилия. Вполне вероятно, что на пути Земли в космосе встречаются области, наполненные кристаллами воды с положительной или отрицательной (для нас) информацией. Это влияет на жизнь людей, и если научиться определять эти области заранее, можно сделать запасы продовольствия и благополучно пережить неблагополучные годы.

Кроме грозящих человечеству засух и наводнений приходится принимать во внимание «космическую погоду». Действительно, многие знания – многие печали.

Луис Фрэнк из университета Айовы на основании снимков, сделанных в ультрафиолетовом диапазоне со спутников, находящихся на орбите Земли, утверждает, что из космоса на Землю ежедневно идет ледяной дождь из комет. Судя по данным спутника «Полар», ледяные глыбы размером с дачный дом влетают в атмосферу Земли от пяти до двадцати штук за минуту. На высоте 10—15 тысяч километров они испаряются, добавляя в атмосферу Земли облако пара. По подсчетам Фрэнка, ежедневно из космоса с ледяными кометами привносится примерно миллион тонн космической воды в сутки, но часть воды испаряется обратно в космос. Остальная вода попадает в наши океаны и моря, сообщая им космические новости.

Кроме космического льда на водную оболочку Земли, на ее круговорот в природе, воздействует энергетика других планет Солнечной системы. Энергетические и физические свойства воды меняются в зависимости от расположения планет в пространстве. Во время сближения Марса с Землей увеличивается положительная энергия воды и уменьшается количество отрицательно заряженной. Удаляясь от Земли, Марс снижает влияние на воду.

Сильно влияют на энергетику воды солнечные бури и солнечная активность.

Вода увеличивает свою положительную энергетику с 18 до 19 часов вечера ежедневно, и, само собой, такая вода благоприятна для человека. Вода приобретает положительную энергетику в источниках на поверхности земли в периоды (время астрономическое): с 0.30 до 5.30. в 9.00 ± 1 час, в 15.00 ± 1 час, в 21.00 ± 1 час.

Растения и животные выработали собственный жизненный ритм и хорошо приспосабливаются к изменениям окружающей среды. Человек пытается создать собственный ритм: продлевает светлую часть дня для длительной работы или, наоборот, уменьшает время работы для длительного отдыха, вследствие чего возникает дисбаланс между окружающей средой и организмом человека. Можно сказать, что вода вне организма теряет гармоничную связь с водой внутри организма. Снижается иммунитет и длительность жизни, подкрадываются усталость и болезни, человек бесполезно тратит свою жизненную силу.

Так, может, и нам надо жить в соответствии с природными ритмами, а не пытаться перейти вброд разбушевавшуюся реку – все равно унесет?..

Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Читать книгу целиком
Поделитесь на страничке

Следующая глава >