В чем разница между газом и пылью в астрономии?

Есть ли строгая разница между газом и пылью? В земной среде большинство вещей становятся газообразными, если их достаточно нагреть. Температура межзвездной среды , кажется, колеблется в основном от 10 до 10 000 Кельвина. Является ли газ / пыль аналогом горячего / холодного, или фазовая диаграмма рассматриваемого элемента тоже имеет значение? Могут ли металлы и молекулы быть газом в астрономических терминах?

— LocalFluff
источник

Ответы:

Да, металлы и другие элементы и молекулы могут существовать в газообразной форме при правильных условиях температуры и давления. «Газ» - это просто одно из основных состояний материи, например, в твердом , жидком или газообразном состоянии (и несколько других состояний, выходящих за рамки этого вопроса). Но как газ эти вещества существуют полностью как отдельные атомы, отдельные элементарные молекулы или отдельные составные молекулы из нескольких атомов (например, двуокиси углерода).

Пыль, с другой стороны, состоит из крошечных твердых частиц, которые подверглись более прочным межмолекулярным связям, создавая такие вещества, как лед, силикаты и соединения углерода, которые плавают с различной плотностью между звездами и галактиками. Поскольку эти частицы все еще чрезвычайно малы (как правило, доля микрона в поперечнике), они могут казаться газом, но эти крошечные объекты неправильной формы все еще существуют индивидуально в твердом или жидком состоянии.

— Роберт Картейно
источник

В космологии, разумеется, вся материя просто упоминается как «пыль» и предполагается, что она вообще не движется. Таким образом, нужно взглянуть на подраздел астрономии, посвященный.

— AtmosphericPrisonEscape

@AtmosphericPrisonEscape: Это не совсем верно. Космология просто заимствует это из общей теории относительности, в которой «пыль» означает «бездымная совершенная жидкость», и поэтому практически любое распределение энергии-напряжения, которое может быть адекватно смоделировано как таковое. Примечательно, что эра, в которую можно было рассматривать крупную вселенную как таковую, началась около

лет после Большого взрыва и закончилось около

50 k

$50\,\mathrm{k}$

лет назад.

4 G

$4\,\mathrm{G}$

— Стэн Лиу

@RobertCartaino «Пыль, с другой стороны, состоит из крошечных частиц, которые подверглись более прочным межмолекулярным связям, создавая такие вещества, как лед» ... Разве эти новые связи не были бы слабее, будучи стабильными только при более низких температурах?

— BMS

В астрономии нет формального определения порога между газом и пылью. Газ может быть одноатомным, двухатомным или молекулярным (или , в принципе, из фотонов ). Молекулы могут быть очень большими, и в принципе частицы пыли являются просто очень большими молекулами. Я видел различные авторы используют различные определения, в пределах от до атомов. $\sim100$ $\sim1000$

Это не значит, что между молекулами и пылью нет четкой разницы. У них очень разные свойства, но переход между ними просто не совсем четко определен.

ДОБАВЛЕНО 13.6.2018: В настоящее время я посещаю конференцию по космической пыли, и 200 астрономов не смогли ответить на вопрос о пороге между большими молекулами и мелкими пылинками. Один из способов определения различия, однако, состоит в том, чтобы взглянуть на связанные спектральные линии: молекулы излучают / поглощают и имеют конкретные длины волн, тогда как пыль может излучать / поглощать в более широкой области. Но определенного количества атомов не существует - например, фуллерен C ₅₄₀ - это очень большая молекула углерода, но если вы перегруппируете его атомы 540 C в аморфный углерод, он считается зерном пыли.

$\mathrm{H\,II}$

$^\dagger$ $\mathrm{Mg\,II}$ $\mathrm{H}_2$ $\mathrm{CO}$

$^{^\dagger}$

— Пела
источник

Теперь ты омрачил мою любительскую попытку понять это. Одноатомная пыль? Когда астрономы случайно упоминают «пыль» и «газ», они, возможно, просто ссылаются на определенные длины волн в своих спектрограммах? Или они просто машут руками, чтобы почувствовать, на что это похоже. Вы уже пару раз тянули меня за ноги, @pela, у меня больше не осталось ног. Это астрономия, вы можете сказать мне что-нибудь.

— LocalFluff

@LocalFluff:: D Нет-нет, газ может быть одноатомным, двухатомным и т. Д. Чтобы назвать его «пылью», нужно много атомов, то есть, в принципе, молекул. Если эта молекула ниже плохо определенного порога, мы просто называем это молекулами. Если оно слишком большое, мы называем это пылью. Одним из различий между молекулами и пылью являются ее рассеивающие свойства. В то время как молекулы имеют тенденцию рассеивать свет в соответствии с определенными уровнями энергии, если он становится слишком большим, рассеяние зависит в большей степени от характерного размера конгломерата. Но до сих пор нет четкого порога.

— Пела

Прочитайте второе предложение еще раз. Я думаю, что это имеет смысл, но если нет, дайте мне знать, и я отредактирую :)

— pela

Рассеивающие свойства имеют смысл. Я слышал, что есть серая зона "больших свободных молекул" с линиями поглощения, которые трудно распутать. Я думаю, что в основной школе и повседневной химии газ и пыль довольно различны. Но может быть, не так в космосе?

— LocalFluff

Я не знаю много о молекулах, но, возможно, вы имеете в виду ПАУ . Я бы не сказал, что газ и пыль не очень разные. Они имеют очень разные свойства во многих аспектах. Просто между ними нет строгой границы, поэтому на близком расстоянии они не различимы. Но в логарифмическом масштабе, кого это волнует? :)

— Пела

Я могу просто добавить к превосходному ответу Роберта, что частицы межзвездной пыли, очень похожие на сигаретный дым в воздухе, зависают в межзвездном газе и взаимодействуют с ним как кинематически (увлекается вместе с ним в зависимости от размера частиц), так и энергетически (обмениваются тепло, которое может привести к значительному охлаждению газа). Частицы пыли также взаимодействуют с (звездным) излучением и могут испаряться из-за излучения высокой энергии, но могут также расти за счет конденсации из окружающего газа.

Все более крупные твердые астрономические объекты (планеты, астероиды и т. Д., Но не звездные остатки) образовались из пыли, которая в свою очередь образовалась из более тяжелых элементов в межзвездном газе.

Для многих астрономических целей, пыль раздражает, так как он блокирует свет, в частности , более короткие длины волн ( покраснения и darking свет звезд), скрывая звезды, в частности , в средней плоскости Млечного Пути. Как следствие, центр Галактики, представляющий большой астрономический интерес, в значительной степени невидим и может быть изучен только путем наблюдения за длинами волн, отличными от видимого света, в частности инфракрасного, который практически не подвержен поглощению пыли.

— Вальтер
источник