شعارسال: ممکن است با این واقعیت آشنا باشید که آب در ارتفاعات، در دمای پایین تری به جوش می‌آید (زیر صد درجه). این موضوع به خاطر آن است که اتمسفر کمتری ما را احاطه کرده و فشار پایین‌تر است.
یکی از دانستی‌های علمی قابل ارایه درخصوص آب این است که آب می‌تواند همزمان بجوشد و یخ بزند، اما این اتفاق فقط در نقطه سه‌گانه آب رخ می‌دهد. نقطه سه‌گانه (Triple Point) چیست؟ نقطه سه‌گانه سیالات (نظیر آب) دمای خاصی است که در آن آب می‌تواند به‌طور همزمان در سه فاز جامد (یخ)، مایع و گاز (بخار آب) وجود داشته باشد. برای آب، این نقطه در دما = ۰.۰۱ درجه سلسیوس و فشار = ۶۱۱.۶۵۷ پاسکال اتفاق می‌افتد (فشار بشدت پائین‌تر از فشار جو). در این شرایط، آب می‌تواند همزمان تبخیر شود (یعنی بجوشد) و منجمد شود (یعنی یخ بزند)، زیرا فشار و دما در تعادل خاصی قرار دارند که امکان هم‌زیستی این سه فاز را فراهم می‌کند.

در آزمایشگاه، اگر فشار را تا ۶۱۱.۶۵۷ پاسکال کاهش دهیم (که خیلی کمتر از فشار جو زمین است)، آب می‌تواند به‌طور همزمان بجوشد و یخ بزند. این پدیده با استفاده از یک محفظه خلأ قابل مشاهده است. در شرایط طبیعی، این پدیده به‌ندرت اتفاق می‌افتد، اما در محیط‌های کم‌فشار مثل سطح مریخ یا در آزمایش‌های علمی می‌توان آن را مشاهده کرد.

نقطه سه‌گانه سیالات را می‌توان از معادله کلازیوس-کلاپیرون استخراج نمود. نقطه سه‌گانه جایی است که در آن نقطه، سه فاز سیالات (جامد، مایع و گاز) همزمان در تعادل قرار دارند. این نقطه با مقداری مشخص از دما و فشار تعیین می‌شودکه برای هر ماده سیالی، متفاوت است.

دمای یخ زدن و جوشیدن آب در فضا چقدر است؟
هنگامی که در مورد قرار گیری آب مایع در فضای خلا صحبت می‌کنیم، هر دو فاکتور دما و فشار به صورت همزمان اعمال می‌شوند. فضا از دو منظر کاهش دمایی شدید (در فضا و به دور از ستاره ها، تنها دمای موجود ناشی از تشعشعات باقیمانده از انفجار بیگ بنگ است: تابش زمینه کیهانی. دمای این تابش، تنها ۲.۷ درجه کلوین است. برودت این هوا برای انجماد هیدروژن جامد نیز کافی است چه برسد به آب) و کاهش فشار (فشار اتمسفری استاندارد زمین، حدود ۱۰۲۲*۶ اتم هیدروژنی است که به هر متر مربع از سطح زمین فشار وارد می‌کنند. در حالی که بهترین اتاق‌های خلا در زمین می‌توانند تا یک تریلیونم فشار را کاهش دهند، فضای بین ستاره ای، فشاری معادل میلیون‌ها و یا حتی میلیارد‌ها کمتر از این مقدار دارد) با زمین قابل مقایسه نبوده و لذا رفتار سیالی، چون آب، در فضا بسیار متفاوت از روی زمین خواهد بود.

در یک روز بسیار سرد (دمای هوا باید -۳۰ درجه یا کمتر باشد) یک قابلمه آب جوش برداشته و آن را با فاصله از خود، در هوا پرتاب کنید. کاهش سریع فشار باعث جوشیدن فوری آب شده و هوای بسیار سرد نیز باعث انجماد ذرات بخار آب (تشکیل برف) می‌گردد. ابتدا آب می‌جوشد، سپس غبار بسیار ریزی تشکیل می‌شود که سریعا منجمد شده و شبکه‌ای از کریستال‌های ظریف یخ در فضا ایجاد می‌شود. این امر شبیه چیزی است که در فضا رخ می‌دهد.

تغییر سریع دمای آب فوق العاده دشوار است. زیرا با وجود اینکه گرادیان دما بین آب و فضای بین ستاره‌ای بسیار زیاد است، آب گرما را به خوبی نگه می‌دارد. علاوه بر این، به دلیل کشش سطحی، آب تمایل دارد به شکل کروی در فضا باقی بماند. این موضوع، میزان سطحی را که برای تبادل گرما با محیط زیر صفر خود دارد به حداقل می‌رساند؛ بنابراین فرآیند انجماد و تولید یخ در فضا به طرز باورنکردنی آهسته خواهد بود، مگر اینکه راهی وجود داشته باشد که هر مولکول آب را جداگانه در معرض خلا فضا قرار داد. چنین محدودیتی برای فشار وجود ندارد. فشار اطراف آب عملا صفر است و به همین خاطر بلافاصله جوشیده و به بخار (فاز گاز) تبدیل می‌شود. با توجه به این موضوع که حجم گاز بسیار بیشتر از مایع است، در اثر جوشیدن آب، مولکول‌های آن نسبت به هم فاصله می‌گیرند. در نتیجه بلافاصله پس از به جوش آمدن آب -در فشار تقریبا صفر- می‌تواند بسیار سریع خنک شود. زمانی که دمای آب به زیر ۲۱۰ درجه کلوین برسد، بدون توجه به فشار، وارد فاز جامد خواهد شد.
فرض کنیم آب را به ایستگاه فضایی بین المللی انتقال می‌دهیم و روند‌های تنظیم فشار و دمای اتومات ایستگاه را هم از کار می‌اندازیم. در این حالت آب ابتدا می‌جوشد و سپس یخ می‌زند. این پاسخ از یافته‌های فضانوردان نشات گرفته است. طبق اظهارات آنان، آب ابتدا جوشیده و سپس ابری از کریستال‌های منجمد یخ تشکیل می‌شود (البته با قرار دادن اب در خارج از محیط ایستگاه).

پایگاه تحلیلی خبری شعار سال، برگرفته از منابع گوناگون