Astronomie

Vide de l'espace

Vide de l'espace

Tout d'abord, je suis vraiment intéressant dans une explication de travail pour cette question. C'est pour cette raison que j'édite la question pour affiner la question. En substance, la question est restée la même.

Afin que je puisse cocher la meilleure réponse, je vais demander des citations pour les affirmations formulées dans les réponses, car je reçois beaucoup de théorie et les répondants ne sont pas d'accord, pour autant que je sache. De plus, je ne peux pas accepter le raisonnement circulaire, c'est-à-dire si nous supposons x alors y, puisque y donc x. C'est un raisonnement logique fallacieux car x n'a jamais été prouvé, il a été supposé et y pourrait être indépendant de x.

Le vide de l'espace est incroyablement puissant, 1 x 10-17 torr, et le vide entre la Terre et la Lune est de 1 x 10-11 torre.

Comment un tel vide (très basse pression) à proximité immédiate de l'atmosphère terrestre (haute pression) qui va jusqu'à 8,5 km d'altitude, peut-il coexister avec le système ouvert de l'atmosphère terrestre ? Comment cela ne défie-t-il pas la deuxième loi de la thermodynamique et reste-t-il vrai ?

L'espace est à basse pression et l'atmosphère terrestre est à haute pression. Pour avoir une pression, le gaz a besoin (exige) qu'il appuie sur quelque chose.

La pression est une force exercée par la substance par unité de surface sur une autre substance. La pression d'un gaz est la force que le gaz exerce sur les parois de son récipient. Lorsque vous soufflez de l'air dans un ballon, le ballon se dilate car la pression des molécules d'air est plus grande à l'intérieur du ballon qu'à l'extérieur. La pression est une propriété qui détermine la direction dans laquelle la masse s'écoule. Si le ballon est lâché, l'air se déplace d'une région de haute pression vers une région de basse pression et le ballon se dégonfle. 1

La Terre est un système ouvert qui se presse contre le vide de l'espace, pourquoi donc la deuxième loi de la thermodynamique est-elle suspendue si en effet c'est une loi. L'espace est à basse pression, donc l'atmosphère qui n'est pas dans un conteneur doit se disperser dans l'espace à basse pression.

  • VIDE (Il n'y a rien à faire… )

  • Technologie du vide PHY451 22 octobre 2014


mettre à jour: Cette réponse a été écrite avant que la question ne soit modifiée. J'ai essayé d'expliquer où une valeur comme 10-17 Torr pour l'espace lointain pourrait provenir, mais il a depuis été abandonné au lieu de 10-11 Torr sur la Lune, ce qui est probablement une meilleure façon de formuler la question.

Je pense que la réponse est la même, deux points très éloignés peuvent avoir des pressions très différentes. Ils peuvent coexister dans le même système solaire, mais pas l'un à côté de l'autre. Je pense "Pourquoi la Lune n'a-t-elle pas au moins une petite atmosphère?" pourrait aussi être une excellente question, mais très différente.


Dans un commentaire, l'OP renvoie à la présentation VACUUM (Il n'y a rien à faire… ) écrite du point de vue d'un ingénieur dans l'industrie de fabrication de semi-conducteurs.

La diapositive 6 donne des exemples de niveaux de vide dans différentes situations :

Descente:

  • Vide faible : 760 Torr à 1 x 10-3 Torr
    • Aspirateur : jusqu'à 600 Torr
    • Bouteille thermos 10-3 Torr
  • Vide poussé : 10-3 à 10-9 Torr
    • Microscope électronique
    • Implanteur ionique - Évaporateur - Pulvérisateur
  • Vide ultra poussé : 10-9 à 10-12 Torr
    • CERN LHC : 1 x 10-10 Torr
    • Surface de la lune : 1 x 10-11 Torr
    • Espace profond 1 x 10-17 Torr = 0.000,000,000,000,000,01 Torr

On voit donc que la valeur de 1 x 10-17 Torr est associé à un endroit dans "Deep Space" qui est (probablement) au-delà de celui de la Lune.

Voyons si nous pouvons trouver d'où l'auteur obtient ce nombre.

D'après l'article de Wikipédia sur le milieu interstellaire (espace entre les étoiles, loin des systèmes solaires et autres) :

Dans toutes les phases, le milieu interstellaire est extrêmement ténu par rapport aux normes terrestres. Dans les régions froides et denses de l'ISM, la matière est principalement sous forme moléculaire et atteint des densités numériques de 106 molécules par cm3 (1 million de molécules par cm3). Dans les régions chaudes et diffuses de l'ISM, la matière est principalement ionisée et la densité peut être aussi faible que 10−4 ions par cm3. Comparez cela avec une densité de nombre d'environ 1019 molécules par cm3 pour l'air au niveau de la mer, et 1010 molécules par cm3 (10 milliards de molécules par cm3) pour une chambre à vide poussé de laboratoire.

Il est plus difficile de parler de pression que de densité car la pression est liée à la fois à la densité numérique et à la température. L'atmosphère est plus de 10 fois plus chaude que le milieu interstellaire, alors cherchons un rapport de densité numérique de 1/10 de 1000 Torr contre 10-17 Torr, ou un rapport de 1019.

Si (selon Wikipédia) l'atmosphère terrestre a une densité de 1019 par cm3, nous recherchons une densité de 1 par cm3. En vérifiant Wikipedia, nous pouvons voir que il y a des composants du milieu interstellaire avec des densités de nombre comprises entre 106 et 10-4.

Il semble que la valeur dans la présentation soit une estimation approximative, mais n'est pas décalée de plus d'une poignée d'ordres de grandeur ;-)

Comment un tel vide peut-il coexister avec le système ouvert de l'atmosphère terrestre par lequel les débris de l'espace peuvent entrer ?

Alors que ces deux pressions peuvent coexister dans le même univers, elles ne coexistent pas du tout à proximité. Le milieu interstellaire est très, très éloigné de l'atmosphère terrestre, de l'ordre d'une année-lumière.

La gravité maintient l'atmosphère terrestre à proximité de la Terre, le système solaire a du gaz produit par (et attiré par) la gravité du Soleil. Dans l'espace interstellaire, il n'y a tout simplement pas de source de gaz, et ce qui aurait pu être là à un moment donné s'est éloigné, vers des sources de gravité, au cours de milliards d'années.


Je pense que uhoh a couvert la proximité, mais juste pour induire l'équilibre pour élaborer davantage :
Tout d'abord, la pression positive et la pression négative ne sont que des termes basés sur l'endroit où nous avons commencé, c'est-à-dire 1 atm et au-dessus/en dessous, nous avons simplement continué. Il n'y a aucune pression et on monte progressivement à partir de cela. Disons que le vide parfait commence à une pression nulle et augmente au fur et à mesure que le système ouvert à haute pression se présente. Les choses sont toujours à l'équilibre et si vous voulez déplacer quelque chose de basse pression à haute, vous faites un travail comme vous l'avez mentionné la deuxième loi de la thermodynamique. La gravité fonctionne dans ce cas jusqu'à un certain point. Ignorez tout, disons qu'il y a un beau point bleu alias la terre, et à mesure que vous vous rapprochez, la gravité commence à devenir plus forte. Ainsi, cela invitera plus de molécules à être câlines et en même temps, le gradient de pression déplacera le gaz dans l'autre sens. Finalement, ils atteindront l'équilibre, c'est-à-dire le même transfert. Ceci est vrai pour n'importe quelle hauteur par rapport à la terre. En l'absence d'un tel équilibre, la terre perdrait son atmosphère ou en gagnerait plus (cela peut être le cas à l'échelle de temps astronomique). Nous commençons à un (règles de gravité) pour fusionner continuellement (important) dans le vide spatial avec équilibre tout au long de la ligne. Une fois que le gaz échappe vraiment à la gravité terrestre (c'est-à-dire que le mouvement de la température est bien plus fort que la gravité terrestre), il n'a aucune raison de traîner. De la même manière que nous pouvons gagner en errant sans méfiance des molécules de gaz. L'atmosphère terrestre se penche sur l'équilibre à l'échelle humaine. Mais la terre se détache et gagne car ces forces changent continuellement avec la distance.

Edit : essayons de nous baser sur la propriété fondamentale de l'univers :

Prenons deux points A et B scellés sous vide parfait par un long tube.

1 insérez du gaz au point A. Vous vous attendez à ce que, avec suffisamment de temps, le gaz diffuse uniformément entre les points A et B. C'est une propriété de l'univers : l'entropie maximise toujours. (Rappelez-vous que la pression n'est pas une force). Il n'y a pas de réponse pourquoi mais c'est le cas et donne lieu à un intéressant problème de physique ouvert : la flèche du temps. Wikipédia a un bel article là-dessus.

  1. Maintenant deuxième propriété : la force fondamentale de la gravité qui attire tout. Disons que le gaz est diffusé et que vous activez la gravité au point A. Vous vous attendez à ce que le gaz se déplace vers le point A. Et il le fera.

  2. Maintenant les deux en jeu. À n'importe quelle section transversale, le gaz traverserait pour aller à A en raison de la gravité et à B pour maximiser l'entropie. Avec suffisamment de temps, il y aura un équilibre. Transfert égal à n'importe quelle longueur entre A et B. Mais vous vous attendriez à ce que A soit plus concentré puisque la gravité veut tout le gaz en A où l'entropie veut que tout soit uniformément distribué entre A et B. Il y aura donc un gradient entre A et B.

  3. Pensez maintenant au tube entre la terre et l'espace et faites-le disparaître. Or B à faible concentration, il peut y avoir évasion mais est-ce significatif à l'échelle humaine. Bref, l'atmosphère s'éclaircit progressivement.

La réponse basée sur la vitesse d'échappement est bien, mais plusieurs choses :

  1. La vitesse de fuite est la conséquence de la gravité de la force fondamentale.

  2. Vous n'avez pas besoin de vitesse de fuite pour quitter la terre. Uniquement vrai pour les projectiles lancés depuis le sol.

  3. La vitesse du gaz est fonction de la température. L'atmosphère terrestre tempérée diminue, puis augmente, puis diminue à nouveau et, devinez, augmente à nouveau. (Avec hauteur). Voir Wikipédia. La vitesse du gaz aussi. Où la vitesse d'échappement diminuera avec la hauteur.

  4. Le gaz dans l'espace est chaud en raison de l'énergie cinétique élevée et du manque de collision pour transférer la chaleur. La vitesse n'est pas due au manque de gravité. Vous pouvez affirmer que le manque de gravité explique le manque de concentration, mais cela donne l'impression de tourner en rond.

Tout cela est dans Wikipédia et la science fondamentale J'espère que c'est plus clair…


La raison sous-jacente pour laquelle les molécules de l'atmosphère terrestre ne s'envolent pas dans le vide environnant est qu'elles sont plus lentes que la vitesse de fuite, qui serait de 11200 m/s. La vitesse typique des molécules au niveau du sol et à température ambiante semble être de 500 m/s. Si elle avait un libre parcours, une telle molécule pourrait voler verticalement pendant $t = v/a = frac{500m/s}{9.81m/s^2} environ 50s$ avant de commencer à retomber, avec une vitesse moyenne de 250 m/s, atteignant ainsi une altitude de 12 ou 13 km. (En réalité, il entrerait en collision avec d'autres molécules en cours de route, leur transférant de l'énergie cinétique, de sorte qu'elles pourraient à leur tour s'élever plus haut. De toute évidence, les molécules situées à la périphérie de l'atmosphère sont les véritables candidats à l'évasion.)

Les molécules qui sont assez rapides échappent sûrement bien à la gravité terrestre. Certains peuvent avoir été accélérés par des particules du vent solaire, certains peuvent simplement avoir été sur la longue queue de la distribution standard. Ce dernier est plus probable pour les atomes légers et les molécules plus rapides, comme l'hélium et l'hydrogène. La vitesse moyenne de l'hydrogène à température ambiante est peut-être de 2000 m/s. Ces gaz ont en effet pour la plupart quitté la Terre pour de bon il y a bien longtemps.

(Au fait, le vent solaire "soufflerait" probablement notre atmosphère à long terme - comme il l'a fait sur Mars - s'il n'était pas dévié par le champ magnétique terrestre.)


Votre affirmation selon laquelle notre atmosphère ne s'échappe pas est fausse.

Les atomes d'hélium et d'hydrogène ont une masse suffisamment faible pour qu'ils aient une vitesse de fuite aux températures à la limite de notre atmosphère. Cela signifie que lorsque ces gaz sont libérés, s'ils ne réagissent pas à leur sortie, ils seront perdus à jamais pour la planète. C'est pourquoi lorsque vous regardez notre atmosphère, nous n'en avons tout simplement pas.

Vous semblez aussi affirmer qu'il y a une "ligne" où c'est la haute pression de notre atmosphère d'un côté, et une basse pression de l'espace de l'autre ; cette ligne n'existe pas. La pression est un gradient, de la même manière qu'on descend dans une piscine, en haut la pression est faible ; en bas c'est haut; et il change régulièrement au fur et à mesure que vous traversez entre les deux. C'est pourquoi les grimpeurs de l'Everest ont besoin de transporter de l'oxygène.

Les gaz les plus lourds ne s'échappent pas pour la même raison qu'une pierre que vous jetez ne s'échappe pas. Il faut de l'énergie pour s'échapper du puits gravitationnel de la Terre ; et ils ne l'ont pas ; actuellement. Bien sûr, à mesure que l'atmosphère se réchauffe à cause du réchauffement climatique, des particules de plus en plus lourdes gagneront l'énergie nécessaire pour quitter notre atmosphère…


L'espace est à basse pression et l'atmosphère terrestre est à haute pression. Pour avoir une pression, le gaz a besoin (exige) qu'il appuie sur quelque chose.

Oui, et ce « quelque chose » est la gravité terrestre. Les molécules de gaz sont attirées vers la surface comme toute autre matière.

Il y a donc un équilibre entre la gravité et la pression du gaz. A l'extrémité supérieure de l'atmosphère, certains gaz s'échappent (les molécules atteignent la vitesse d'échappement), il s'agit majoritairement des gaz légers.


Encore un énorme MENSONGE. “Le vide de l'espace” démystifié

Il s'agit d'un élément très important pour comprendre la pure folie de ce que l'Astro Physique et la NASA nous disent qui se passe là où l'atmosphère terrestre se termine et où commence le vide spatial.

L'article ci-dessous montre à quel point tout le mensonge de l'histoire du « Vacuum of Space » est absurde et vendu aux masses inconditionnelles depuis des décennies.

Alors, quand sent-on la Terre tourner à 1 000 mph une fois qu'elle atteint le vide de l'espace ?

Jamais, selon la NASA. Ce n'est pas le cas.

En fait, il n'est même jamais rapporté par les astronomes. Comment se peut-il?

Lorsque vous passez la tête par la fenêtre d'une voiture, vous ressentez immédiatement le souffle d'air à seulement 60 mph. Pouvez-vous commencer à imaginer ce qui devrait être rencontré lorsque les fusées et leurs « hommes-fusées » quittent l'orbite terrestre ?

RIEN. NADA. NUNCA. Le “Vacuum of Space” entre et RIEN n'est ressenti car c'est un “Vacuum”. Cela a-t-il un sens pour qui que ce soit, à l'exception des Perroquets Programmés de l'Astrophysique et de la NASA ?

Pointe du chapeau à Themoderngnostic.com


Quelle est la force de l'attraction du vide de l'espace ?

Un cliché courant que j'ai vu dans les histoires spatiales est l'événement d'une culasse dans la coque d'un navire qui conduit au vide de l'espace et les gens doivent s'accrocher ou se faire tirer à travers. Ma question est la suivante : quelle est la force de cette attraction ? Je pense que ce serait beaucoup plus fort que ce à quoi un humain normal peut résister à mains nues. La taille d'un trou affecte-t-elle la traction ou est-ce la même traction? J'aimerais connaître la force de traction réelle (si elle est même mesurable) du vide spatial.

Comme certaines personnes l'ont souligné, mon utilisation du mot « tirer » devrait être « aspiration », car un aspirateur ne tire pas autant qu'il aspire l'air, c'est ce qu'une personne doit lutter pour ne pas être aspirée dans l'espace. Aussi, en ce qui concerne la pression et l'air, on dirait que les conditions sont identiques à celles trouvées sur la Station spatiale internationale.

L'aspirateur ne tire ni n'aspire. Le vide est un espace vide, donc le vide ne fait absolument rien. Cela n'a aucun effet sur quoi que ce soit. Lorsque vous faites un trou dans la paroi d'un vaisseau spatial, c'est l'air sous pression à l'intérieur qui vous pose problème.

À l'intérieur de l'ISS, vous avez de l'air sous une certaine pression. En raison de cette pression, les molécules d'air exercent une certaine force les unes sur les autres et sur tout ce qu'elles touchent. Si vous ouvrez un trou dans l'ISS, l'air commence à s'expulser car là où se trouve ce trou, rien n'empêche l'air d'essayer de se déplacer dans cette direction. Cela crée du vent.

Considérez-le comme une valise bien remplie. Vous serrez les vêtements pour fermer la valise, mais lorsque vous l'ouvrez à nouveau, les vêtements jaillissent parce qu'ils étaient si serrés.

Si vous étiez sur l'ISS et qu'un trou était soufflé dans le mur, vous sentiriez essentiellement un vent. Quelle force ? Dépend de la taille du trou et de votre distance au trou. C'est assez difficile à calculer parce que la dynamique des fluides est une chose très complexe, mais cela pourrait être n'importe quoi sur le spectre, de pas du tout perceptible à un vent extrêmement fort qui vous soufflerait comme un morceau de papier.


La gravité est reine

En moyenne, l'espace serait encore assez vide même si nous n'avions pas de gravité. "Il n'y a tout simplement pas des tonnes de choses par rapport au volume de l'univers dans lequel vous placez ces choses, selon L'astrophysicien théoricien du Caltech Cameron Hummels. la moyenne densité de l'univers, conforme à la NASA, est de 5,9 protons (une particule subatomique chargée) par mètre cube. D'autre part, la gravité amplifie le vide dans certaines régions de l'univers en faisant se rassembler la matière dans l'univers.

Fondamentalement, 2 objets ayant une masse vont s'intéresser l'un à l'autre. C'est la gravité. Mettre différemment, “matter aime être autour d'une autre matière,” dit Faherty. Dans l'espace, la gravité rapproche les objets proches les uns des autres. Ensemble, leur masse collective augmente, et plus de masse signifie qu'ils généreront une plus forte attraction gravitationnelle pour attirer encore plus de matière dans leur amas cosmique. La masse augmente, puis l'attraction gravitationnelle, puis la masse. “C’est un effet d'emballement,” dit Hummel.

Lorsque ces points chauds gravitationnels attirent la matière à proximité, l'espace entre eux est évacué, créant ce que l'on appelle un vide cosmique, dit Hummel. Mais l'univers n'a pas commencé de cette façon. Après le Big Bang, la matière dans l'univers était dispersée plus uniformément, “presque comme du brouillard,” il a dit. Mais au cours de milliards d'années, la gravité a rassemblé cette matière en astéroïdes, planètes, étoiles, systèmes solaires et galaxies et laissant entre eux les vides de la région interplanétaire, interstellaire et de la région..

Mais même le vide de l'espace n'est pas vraiment pur. Entre les galaxies, il y a moins d'un atome dans chaque mètre cube, ce qui signifie région de l'espace intergalactique n'est pas complètement vide. Cependant, c'est beaucoup moins important que n'importe quel vide que les humains pourraient simuler au cours d'un laboratoire sur Terre.

Pendant ce temps, "l'univers continue de s'étendre", a déclaré Faherty, assurant que le cosmos resterait en grande partie vacant. « Ça semble si solitaire », a-t-elle dit.


Comprendre les fluctuations du vide dans l'espace

Représentation artistique de la fonction d'onde électronique (couleurs rouge et jaune) habillée d'une nappe de photons virtuels (bleu). La désactivation extrêmement rapide du couplage supprime ces photons des électrons, dévoilant des propriétés autrement inaccessibles de l'état quantique couplé à la matière et à la lumière en profondeur. Crédit : J. Mornhinweg (2020).

Une équipe de recherche internationale d'Allemagne et de France a créé des structures dans lesquelles les champs lumineux interagissent avec les électrons si fortement que le vide quantique lui-même est considérablement modifié. En utilisant des éclats de lumière extrêmement courts, ils ont interrompu ce couplage beaucoup plus rapidement que l'échelle de temps d'une fluctuation du vide et ont observé une sonnerie intrigante du champ électromagnétique émis, indiquant l'effondrement de l'état de vide. Leur réalisation clé pourrait améliorer notre compréhension de la nature du néant - le vide de l'espace lui-même, ouvrant la voie à la photonique exploitant les fluctuations du vide. Les résultats sont publiés dans le dernier numéro de Photonique de la nature.

L'une des idées clés de la mécanique quantique est que le néant absolu, un concept déjà discuté par les philosophes grecs, est introuvable dans la réalité. Bien au contraire, la théorie quantique des champs a montré que l'espace apparemment vide est rempli par les fluctuations des champs de lumière et de matière, conduisant à une apparition continue et à la disparition de photons ainsi que de particules massives. Aux premiers jours de la mécanique quantique, ces conséquences du principe d'incertitude de Heisenberg n'étaient souvent pas prises trop au sérieux. Cependant, la physique moderne découvre de plus en plus comment notre univers est façonné par les fluctuations des champs physiques, qui non seulement conduisent à de minuscules déplacements des raies spectrales des atomes, mais peuvent en outre provoquer l'évaporation des trous noirs, et sont finalement responsables de la structure de notre univers, formée pendant la période inflationniste qui a suivi le big bang. Pourtant, contrôler ces fluctuations à l'échelle du laboratoire avec la précision temporelle appropriée est resté extrêmement difficile à ce jour.

Des chercheurs autour du Pr. Christoph Lange, Pr. Dr. Dominique Bougeard, et Pr. Dr. Rupert Huber (Département de Physique, Université de Ratisbonne) ainsi que Pr. Dr. Cristiano Ciuti (Université de Paris) ont un grand pas vers le contrôle des fluctuations du vide fortement améliorées beaucoup plus rapidement que les échelles de temps typiques des photons virtuels. À cette fin, ils ont créé une structure semi-conductrice spécialisée dans laquelle les électrons sont extrêmement fortement couplés aux champs lumineux de minuscules antennes conçues pour la gamme spectrale dite térahertz.

En conséquence, les fluctuations du vide des champs de lumière et de matière participent à l'interaction, augmentant fortement la présence de photons virtuels, même dans l'obscurité totale. "L'étape clé a ensuite été de mettre en œuvre une fonctionnalité permettant de désactiver ce couplage extrêmement rapidement", a déclaré Ph.D. l'étudiante Maike Halbhuber explique.

« Nous avons été ravis car les premières données ont montré que l'extinction fonctionnait parfaitement. Mais nous avons été ravis lorsque des expériences avancées ont montré une oscillation intrigante et inattendue du champ lumineux pendant la commutation ", a déclaré Ph.D. ajoute l'étudiant Joshua Mornhinweg. En analysant cette sonnerie du vide quantique qui s'effondre par une théorie de coupe personnalisée, les chercheurs ont montré que la commutation se produit en seulement un dixième de billionième de seconde, soit plus de dix fois plus vite qu'un cycle d'oscillation d'un photon virtuel.

Les principales réalisations des états de vide quantique personnalisés avec des populations record de photons virtuels et le contrôle de sous-cycle des faibles fluctuations du point zéro offrent un niveau de flexibilité sans précédent pour les enquêtes futures. Dans la prochaine étape immédiate, l'équipe recherchera des preuves directes de photons virtuels émergeant lors de la commutation du vide quantique conçu. Pourtant, la portée de cette idée de recherche est très susceptible de s'étendre beaucoup plus loin.

"La mise en œuvre d'un contrôle de sous-cycle des champs de vide pour des concepts existants tels que la chimie quantique en cavité, le transport contrôlé par cavité ou la supraconductivité modifiée par le vide peut révéler de nouvelles informations qualitatives sur l'interaction des champs de vide et de la matière", explique le professeur Lange. Les futures expériences pourraient non seulement aborder la nature des fluctuations du vide, mais offrir en outre la possibilité de contrôler les réactions chimiques ou les courants supraconducteurs, simplement en commutant le champ de vide sur les échelles de temps pertinentes les plus courtes.


Vide de l'espace - Astronomie

En apparence, on pourrait penser que cet article ne parle de rien, car un vide peut être considéré comme une absence de matière. Cependant, la physique moderne suggère que le vide peut être beaucoup plus intéressant que cela. Dans la physique moderne, le vide est une mer de paires virtuelles d'électrons de positons, qui naissent et s'annihilent continuellement. Parfois, lorsque ces paires virtuelles rencontrent des particules énergétiques, elles peuvent interagir avec elles et produire de vraies particules aux dépens du troisième corps.

Dans le contexte astronomique, même dans les coins les plus vides de l'Univers, le vide n'est pas parfait. Il contient de l'ordre d'un atome ou d'un ion par mètre cube. Cependant, la physique moderne suggère que même ce tableau n'est pas complet, car la matière atomique ne représente que quelques pour cent de la masse totale de l'Univers. Les deux autres contributeurs majeurs à la masse sont la matière noire et l'énergie noire. Bien que les effets de ces composants mystérieux ne puissent être observés qu'indirectement (à travers leur influence aux échelles galactiques et cosmologiques), il faut supposer qu'eux aussi sont présents même dans les coins les plus reculés de l'Univers. On pense que l'énergie noire en particulier imprègne tout de l'espace, et est en fait décrit comme une propriété (densité d'énergie) du vide lui-même. C'est la manifestation physique de la constante cosmologique introduite pour la première fois par Einstein.

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Qu'arriverait-il aux humains exposés au vide de l'espace sans combinaison spatiale ?

C'est encore une autre journée ennuyeuse à la station spatiale. Vous vérifiez votre montre-bracelet holographique, et vous êtes enfin excité : en 10 minutes, vous êtes censé avoir un délicieux déjeuner de dinde dans un tube de dentifrice, avec un côté de pilules améliorant les télomères. Cependant, vous êtes trop excité et ouvrez accidentellement la trappe du sas. Quelques secondes plus tard, vous vous retrouvez à flotter dans l'espace sans combinaison spatiale, vêtu uniquement du pyjama d'astronaute typique. Mec, tu as tout gâché !

Bien que vous ayez vu tous les films de science-fiction, en tant qu'astronaute entraîné, vous savez en fait mieux. Non, vous n'exploserez pas et votre sang ne bouillira pas. Mais cela ne veut pas dire que c'est joli. Loin de là! Si vous avez de la chance, peut-être que vous avez 15 bonnes secondes pour faire quelque chose avant de perdre connaissance.

Alors que vous dérivez dans l'espace, le temps passe à toute vitesse. Vous commencez à vous souvenir de votre entraînement et de ce que ces nerds de la NASA ont expliqué se produirait dans le cas improbable où l'on se retrouverait projeté dans l'espace sans combinaison spatiale.

La dépressurisation rapide est horrible, mais elle ne vous tuera pas sur le coup

Sur Terre, le poids de l'air qui nous entoure pousse contre le corps. À son tour, la pression à l'intérieur de notre corps repousse le poids de l'air qui presse la peau. Le résultat est un état d'équilibre parfait.

Cependant, l'espace est pratiquement vide, ce qui signifie que toute personne ayant la malchance de se retrouver sans protection dans un tel environnement subira une décompression interne rapide. Ils n'exploseront pas, cependant, et vous devez remercier notre peau.

Le plus grand organe du corps humain, la peau, est extrêmement souple et résistant. Par conséquent, il est capable de se développer sans "déverser son contenu".

Pourtant, cela ne signifie pas que l'expérience est agréable. Le corps se dilatera à environ deux fois son volume parce que l'eau dans les tissus se transformera rapidement en vapeur d'eau. Cette action va également pousser contre les organes internes. Par exemple, l'expansion de l'air dans l'intestin poussera contre le diaphragme et le cœur. Comme l'air est rapidement expulsé des poumons, les tissus délicats qui tapissent les poumons et les voies respiratoires peuvent être endommagés.

La perte soudaine de pression provoquera également un mal de décompression dû à des bulles d'azote dans les muscles et les os, ainsi qu'au manque d'oxygène, connu sous le nom d'«hypoxie». En fait, c'est la perte d'oxygène qui vous tuera en premier.

Manque d'oxygène

La pire chose que l'on puisse faire dans une situation où vous êtes projeté dans l'espace est de retenir son souffle. Si vous faites cela, des bulles d'air seront forcées dans la circulation sanguine et finiront par arriver dans le cerveau où elles provoqueront un accident vasculaire cérébral. Retenir votre respiration exposera également les poumons à la force de l'air à pression atmosphérique contre le vide pur, ce qui risque de se rompre rapidement. Cela peut arriver aux plongeurs s'ils descendent trop rapidement dans les eaux profondes.

Même si vous respirez normalement, vous n'aurez pas le temps de faire autre chose. Privé d'oxygène, le cerveau entrera en "mode sans échec" pour économiser de l'énergie environ 15 secondes après avoir été exposé au vide de l'espace. Mais même si le malheureux astronaute est inconscient, ils ne sont pas encore morts. Cela se produit vers la marque des deux minutes lorsque tous les autres organes échouent à cause de la privation d'oxygène.

Nous connaissons de nombreux cas d'hypoxie induite par le vide. En 1982, un technicien qui effectuait des tests sur une chambre à vide a été accidentellement exposé à une pression extrêmement basse, équivalente à 3,6 % de la pression atmosphérique au niveau de la mer. Il a passé une minute entière dans ces conditions jusqu'à ce qu'il soit retiré. Sa peau est devenue bleue, ses lèvres étaient en mousse et il y avait des saignements des poumons. L'homme s'est complètement rétabli peu de temps après, mais d'autres qui ont subi des accidents dans des chambres à vide n'ont pas eu cette chance et sont décédés des suites d'une exposition prolongée.

La touche glaçante de l'espace

Lorsque la Station spatiale internationale fait face au soleil, la température extérieure est d'environ 121 °C (250 °F). Lorsque le soleil est bloqué par la Terre, la température autour de la station spatiale oscille autour de -157 °C (-250 °F).

À première vue, aucune de ces températures semble horrible. Un humain sans combinaison spatiale juste à l'extérieur de la station spatiale bouillirait sûrement ou se transformerait en un popsicle en moins d'une minute, n'est-ce pas ? Cependant, vous pensez au transfert de chaleur sur Terre.

Dans l'espace, il n'y a pas d'air, donc la chaleur ne peut pas être transférée par conduction (contact direct entre deux objets) ou par convection (transfert d'énergie à travers un fluide comme l'eau ou l'air). Le seul moyen viable de transfert de chaleur entre deux objets - dans ce cas le corps humain et l'espace - qu'il vous reste est le rayonnement.

Les humains dégagent de la chaleur à un taux de seulement 100 watts, un peu comme une ampoule à incandescence. Compte tenu de la masse du corps humain, il faudra beaucoup de temps avant de geler. D'autres choses vous auraient tué bien avant que cela n'arrive.

Personne ne peut t'entendre crier dans l'espace

Cela fait une seconde complète que vous vous êtes bêtement jeté hors de la station spatiale, essentiellement nu dans l'espace. Pendant ce temps, votre esprit est devenu overdrive. Vous vous souvenez de votre entraînement que vous ne devriez pas retenir votre souffle, ni que votre corps va exploser, bouillir ou se transformer instantanément en un popsicle comme vous le voyez dans les films. L'idée de manquer la dinde me vient également à l'esprit.

Maintenant, il vous reste environ 14 secondes avant d'être mis KO. Vous décidez de mettre ce peu de temps à bon escient et de toucher immédiatement l'écran holographique de votre montre-bracelet et d'alerter le reste de l'équipage de la station spatiale. Coupure électrique.

Vous ouvrez lentement les yeux - ce qui fait très mal à cause de l'évaporation de l'eau à l'intérieur du tissu oculaire - et êtes accueilli par le visage familier du capitaine de l'équipage de la mission. « Encore 5 secondes et vous auriez fini pour », rétorque-t-elle. "C'est une bonne chose que nous ayons reçu votre message et que nous ayons utilisé le bras télescopique de la station pour vous ramener juste à temps."


Qu'est-ce que le vide de l'espace ?

Dans The Private Journal of Henri Frederic Amiel, le célèbre philosophe a déclaré que « l'uniformité [..] crée un vide, et la nature a horreur du vide ». Cependant, la plupart des astronautes ont probablement été conscients du fait que leur environnement est en fait un vide.

Cela pourrait alors soulever la question « pourquoi y a-t-il un vide en premier lieu ? »

Le cosmos est en grande partie vide, mais il n'est pas vraiment vide. Crédits image : Jérémy Thomas.

Tout d'abord, débarrassons-nous d'une idée fausse. Quand on pense à un vide, on pense généralement à quelque chose qui manque d'air. Une façon amusante d'essayer cela est de prendre une bouteille vide et d'essayer d'aspirer tout l'air. Si vous pouviez le faire parfaitement (alerte spoiler, vous ne pouvez pas), vous créeriez un vide à l'intérieur de la bouteille, ce qui la ferait coller à vos lèvres. Tant que le goulot de la bouteille n'a pas d'espace entre elle et vos lèvres, cela vous donnera la possibilité de la faire pivoter avec votre tête à votre guise, vous donnant également la possibilité d'attirer les regards agacés de votre femme.

Cependant, si vous y réfléchissez bien, l'espace n'est pas un véritable vide, il n'existe vraiment pas de vide.

Vide

Le mot vient de l'adjectif latin vacuus pour “vacant” ou “void”, cependant, il y a beaucoup de choses qui remplissent réellement l'espace que nous considérons comme le vide de l'espace.

"(W)lorsque nous disons que l'espace extra-atmosphérique (l'espace en dehors de l'atmosphère des planètes et des étoiles) est un" vide "ou est" vide ", nous voulons vraiment dire que l'espace extra-atmosphérique est presque vide ou presque un vide parfait", explique le Dr. Christopher S. Baird, professeur adjoint de physique à la West Texas A&M University, dans son blog Science Questions with Surprising Answers.

« En réalité, même l'endroit le plus éloigné de l'espace contient du gaz, de la poussière, des radiations, de la gravité et une foule d'autres choses. L'espace vraiment vide n'existe pas. Si nous essayions d'aspirer toutes les particules d'un certain volume, nous ne pourrions toujours pas le vider. Il y aurait toujours des choses comme les fluctuations du vide, la gravité et la matière noire, qui ne peuvent pas être aspirées. Cela dit, l'espace extra-atmosphérique est très proche du vide par rapport à l'atmosphère terrestre. »

Les Grecs de l'Antiquité avaient des idées intéressantes sur les aspirateurs, comme ils le faisaient avec la plupart des choses. They didn’t know what an atom was, but they considered the idea of atomism: small things that fill everything. The abstract concept of a truly empty void was regarded with skepticismm, even as Plato lent some support. His disciple Aristotle believed no void could occur naturally, because the denser surrounding material would simply fill up the setting

Almost two thousand years after Plato, René Descartes also proposed a theory similar to atomism, but without the problematic matter of the void. Descartes also agreed with the contemporary position that a vacuum does not occur in nature.

Yet to this day, the idea of a vacuum remains somewhat uncertain among physicists — especially with concepts such as dark matter and dark energy in the mix.

Making a vacuum

This still hasn’t exactly answered the question of “what causes the vacuum” though.

The short answer is that in the void of space, the pressure is so low that all molecules want to spread out as much as possible. This expansion, in turn, creates the vacuum that we all know to exist, and is also what leads to the development of the stars and planets that we see in our night sky.

Because outer space has very low density and pressure, it makes something very close to a vacuum — but it’s still not a perfect vacuum. Even in interstellar space, there are still a few hydrogen atoms in every cubic meter.

“Every particle of matter, no matter how small, exerts a gravitational attraction on all other particles of matter,” says Baird. “Given enough time, gravity makes giant clouds of gas in space condense down despite the gravitational force being so weak. Soon after the Big Bang, the universe was filled with a nearly uniform soup of hydrogen and helium. Over billions of years, gravity pulled most of these gas atoms into stars. Inside the nuclear furnace of stars, hydrogen and helium were fused to form the heavier elements up to iron.”

Larger stars will eventually die in an explosive supernova creating all the naturally occurring elements heavier than iron and spewing these elements into space. Over the course of time, the heavier elements condense down under gravity to form small clouds and rocks. In turn, the clouds and rocks are gravitationally attracted one other which will form asteroids, moons, and planets. Space is mostly empty because matter that used to be out there has fallen into an asteroid, planet, moon, or star under the influence of gravity.

Another misconception is that exposure to a vacuum leads to instantaneous death. Being exposed to the vacuum can actually be survivable, albeit very uncomfortable.

A 1965 study by scientists at the Brooks Air Force Base in Texas showed that dogs exposed to near vacuum—one three-hundred-eightieth of atmospheric pressure at sea level—for up to 90 seconds always survived, however, during the exposure, they were rendered unconscious and paralyzed.

They also experienced serious discomfort as gas expelled from their bowels and stomachs caused simultaneous defecation, projectile vomiting and urination while also suffering massive seizures. Their tongues were often coated in ice and the dogs swelled to resemble “an inflated goatskin bag,” the authors wrote. But after slight repressurization the dogs shrank back down, began to breathe, and after 10 to 15 minutes at sea level pressure, they managed to walk, though it took a few more minutes for their apparent blindness to wear off.

“In any system, there is always the possibility of equipment failure leading to injury or death,” says Dartmouth Medical School professor and former NASA astronaut Jay Buckey, author of the 2006 book Space Physiology. “That’s just the risk you run when you are in a hostile environment and you depend upon the equipment around you. But if you can get to someone quickly, that is good. Often spacewalks are done with two spacewalkers and there is continuous communication. So if someone is having a problem, hopefully the other can go get them and bring them in.”

A real-life example occurred in 1966 when NASA engineer Jim LeBlanc was accidentally exposed to a near zero vacuum.

The space suit he was testing experienced a rapid loss of suit pressure due to equipment failure. He recalled the sensation of saliva boiling off his tongue before losing consciousness.

When the chamber was rapidly repressurized, LeBlanc regained consciousness quickly and went home for lunch. Another man was accidentally exposed to vacuum in an industrial chamber it was at least three minutes before he was able to be repressurized. He required intensive medical care, but eventually regained full function. These instances show that ebullism — the formation of gas bubbles in bodily fluids due to reduced environmental pressure — is not inevitably fatal and the body can hold together just fine…at least for a few seconds.


Mimicking the Vacuum of Space To Find Dark Matter

Besides the atoms that make up our bodies and all of the objects we encounter in everyday life, the universe also contains mysterious dark matter and dark energy.

The latter, which causes galaxies to accelerate away from one another, constitutes the majority of the universe's energy and mass.

Ever since dark energy was discovered in 1998, scientists have been proposing theories to explain it -- one is that dark energy produces a force that can be measured only where space has a very low density, like the regions between galaxies.

Paul Hamilton, a UCLA assistant professor of physics and astronomy, reproduced the low-density conditions of space to precisely measure this force. His findings, which helped to reveal how strongly dark energy interacts with normal matter, appear today in the online edition of the journal Science.

Hamilton's research focuses on the search for specific types of dark energy fields known as "chameleon fields," which exhibit a force whose strength depends on the density of their surrounding environment. This force, if it were proven to exist, would be an example of a so-called "fifth force" beyond the four known forces of gravity, electromagnetism, and the strong and weak forces acting within atoms.

But this fifth force has never been detected in laboratory experiments, which prompted physicists to propose that when chameleon fields are in dense regions of space -- for example, the Earth's atmosphere -- they shrink so dramatically that they become immeasurable.

Chameleon fields were first hypothesized in 2004 by Justin Khoury, a University of Pennsylvania physicist and co-author of the Science paper, but it wasn't until 2014 that English physicist Clare Burrage and colleagues proposed a methodology for testing their existence in a laboratory using atoms.

At the time, Hamilton was a postdoctoral researcher in the UC Berkeley laboratory of Holger Müller. His team already had a head start on investigating chameleon fields: They had independently developed an experiment using atoms to measure small forces.

Detecting the force of chameleon fields requires replicating the vacuum of space, Hamilton explained, because when they are near mass, the fields essentially hide. So the physicists built a vacuum chamber, roughly the size of a soccer ball, in which the pressure was one-trillionth that of the atmosphere we normally breathe. The researchers inserted atoms of cesium, a soft metal, into the vacuum chamber to detect forces.

"Atoms are the perfect test particles they don't weigh very much and they're very small," Hamilton said.

They also added to the vacuum chamber an aluminum sphere roughly the size of a marble, which functioned as a dense object to suppress the chameleon fields and allow the researchers to measure small forces. The atoms were then cooled to within 10 one-millionths of a degree above absolute zero, in order to keep them still enough for the scientists to perform the experiment.

Hamilton and his team collected data by shining a near-infrared laser into the vacuum chamber and measuring how the cesium atoms accelerated due to gravity and, potentially, another force.

"We used a light wave as a ruler to measure the acceleration of atoms," Hamilton said.

This measurement was performed twice: once when the aluminum sphere was close to the atoms and once when it was farther away. According to scientific theory, chameleon fields would cause the atoms to accelerate differently depending on how far away the sphere was.

The researchers found no difference in the acceleration of the cesium atoms when they changed the location of the aluminum sphere. As a result, the researchers now have a better understanding of how strongly chameleon fields can interact with normal matter, but Hamilton will continue to use cold atoms to investigate theories of dark energy. His next experiment will aim to detect other possible forms of dark energy that cause forces that change with time.

The study's co-authors were Müller, postdoctoral researcher Philipp Haslinger, graduate student Matt Jaffe and undergraduate Quinn Simmons, all of UC Berkeley.

The research was supported by the David and Lucile Packard Foundation, DARPA, the National Science Foundation, NASA and the Austrian Science Fund.


Astronomers Report First Observational Evidence for Vacuum Birefringence

By studying the light emitted from the very dense and strongly magnetic neutron star RX J1856.5-3754, a team of astronomers has found the strongest observational indications yet of vacuum birefringence, a strange quantum effect first predicted nearly 80 years ago.

Color composite photo of the sky field around RX J1856.5-3754 and the related cone-shaped nebula. RX J1856.5-3754 is exactly in the centre of the image. The trail of an asteroid is seen in the field with intermittent blue, green and red colors. Image credit: ESO.

Neutron stars are the very dense remnant cores of massive stars that have exploded as supernovae at the ends of their lives.

They also have extreme magnetic fields — billions of times stronger than that of the Sun — that permeate their outer surface and surroundings. These fields are so strong that they even affect the properties of the empty space around the star.

Normally a vacuum is thought of as completely empty, and light can travel through it without being changed.

But in quantum electrodynamics (QED), the quantum theory describing the interaction between photons and charged particles such as electrons, space is full of virtual particles that appear and vanish all the time.

Very strong magnetic fields can modify this space so that it affects the polarization of light passing through it.

“According to QED, a highly magnetized vacuum behaves as a prism for the propagation of light, an effect known as vacuum birefringence,” said team member Dr. Roberto Mignani, from INAF Milan in Italy.

Among the many predictions of QED, however, vacuum birefringence so far lacked a direct experimental demonstration.

Attempts to detect it in the laboratory have not yet succeeded in the 80 years since it was predicted in by Werner Heisenberg and Hans Heinrich Euler.

“This effect can be detected only in the presence of enormously strong magnetic fields, such as those around neutron stars,” said team member Dr. Roberto Turolla, from the University of Padua in Italy.

“This shows, once more, that neutron stars are invaluable laboratories in which to study the fundamental laws of nature.”

This artist’s view shows how the light coming from the surface of a strongly magnetic neutron star (left) becomes linearly polarized as it travels through the vacuum of space close to the star on its way to the observer on Earth (right). The polarization of the observed light in the extremely strong magnetic field suggests that the empty space around the neutron star is subject to a quantum effect known as vacuum birefringence. The magnetic and electric field directions of the light rays are shown by the red and blue lines. Image credit: L. Calçada / ESO.

The team used the FORS2 instrument on ESO’s Very Large Telescope (VLT) at the Paranal Observatory, Chile, to observe RX J1856.5-3754, a neutron star approximately 401 light-years away in the constellation Corona Australis.

RX J1856.5-3754 belongs to a class of seven radio-quiet isolated neutron stars, a.k.a. the ‘Magnificent Seven,’ attracted the interest from the neutron star community soon after their discovery in the 1990s.

After careful analysis of the VLT data, the astronomers detected linear polarization — at a significant degree of around 16% — that they say is likely due to the boosting effect of vacuum birefringence occurring in the area of empty space surrounding RX J1856.5-3754.

“This is the faintest object for which polarization has ever been measured,” said team member Dr. Vincenzo Testa, from INAF Rome.

“The high linear polarization that we measured with the VLT can’t be easily explained by our models unless the vacuum birefringence effects predicted by QED are included,” Dr. Mignani added.

“This VLT study is the very first observational support for predictions of these kinds of QED effects arising in extremely strong magnetic fields,” said team member Dr. Silvia Zane, from University College London, UK.

Roberto P. Mignani et al. 2017. Evidence for vacuum birefringence from the first optical-polarimetry measurement of the isolated neutron star RX J1856.5-3754. MNRAS 465 (1): 492-500 doi: 10.1093/mnras/stw2798


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