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Temperatur der amerikanischen Flagge auf dem Mond ?
 
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mondi
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Beitrag mondi Verfasst am: 11. Okt 2013 00:05    Titel: Temperatur der amerikanischen Flagge auf dem Mond ? Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Laut Wikipedia hat der Mond Temperaturen zwischen -160 und +130 Grad.
Nun ist es ja aber so, dass tagsüber das aufgeheizte Mondgestein die Wärme nach innen ableitet - was bei Gegenständen, die nur wenig Verbindung zum Mondgestein haben, nur in sehr geringem Maße stattfinden kann. Aus dieser Überlegung ergibt sich, dass Gegenstände, wie die amerikanische Flagge sehr viel heißer werden könnten, da sie ja quasi kaum eine Kühlung haben. Es weht ja auch kein Wind. Also konkret würde mich interessieren:

Wie heiß war die amerikanische Flagge (von Apollo 11) auf dem Mond innerhalb einer Stund? (Sie wurde aufgestellt als die Sonne etwa auf 10 Grad stand, also zeimlich stark von der Seite reinknallte)
Wie heiß wird die Flagge im Verlauf eines Tages ?

Auch mal interessant:
Wie heiß würde ein Astronaut (weiser Stoff/Gummi Anzug) ohne Kühlfunktion, wenn er 1 Stunde der Sonne auf dem Mond ausgesetzt ist (bei Sonnenstand 10 Grad, wie bei Apollo 11 - Von der NASA gibt es dazu anscheinend auch keine Angaben, da kein Thermometer im Anzug war)

Wie heiß wird ein Mondauto, welches auf dem Mond so rumsteht ?

Meine Ideen:
Da der Mond fast keine Atmosphäre hat, also die Sonneneinstrahung nicht durch Wolken verringert wird, sollte die Berrechnung doch relativ einfach sein (?)
Es weht auf dem Mond auch kein Wind, der kühlt.
Da die Fahne nur an wenigen Stellen mit der Stange verbunden ist, wird auch nicht sehr viel Wärme auf diesem Wege abfließen.
Brillant



Anmeldungsdatum: 12.02.2013
Beiträge: 1973
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Beitrag Brillant Verfasst am: 27. Nov 2013 23:26    Titel: Re: Temperatur der amerikanischen Flagge auf dem Mond ? Antworten mit Zitat

mondi hat Folgendes geschrieben:
Aus dieser Überlegung ergibt sich, dass Gegenstände, wie die amerikanische Flagge sehr viel heißer werden könnten, da sie ja quasi kaum eine Kühlung haben.


Ja, könnten sie. Das hängt vor allem damit zusammen, wie stark sie die Sonnenenergie aufnehmen und in Wärme umwandeln oder reflektieren.

Ein idealer Spiegel wird sich nicht erwärmen, ein schwarzer Körper aber extrem. Dazwischen liegt die helle Oberfläche des Mondes und die Flagge.

Da man bei der Mondfahrt kaum etwas dem Zufall überlassen hat, darf man annehen, dass die Flagge beschichtet ist. So wie sich ein Mensch vor UV-Strahlung (= Sonnenbrand) mit Lichtschutzflüssigkeit einreibt, die das UV-Licht spiegelt, so könnte die Flagge mit einer IR (infrarot) reflektierenden Schicht überzogen sein.

Oder einfach aus einem Material gefertigt, dessen Schmelzpunkt über dem Gleichgewicht liegt, das sich einstellt zwischen Einstrahlung und Abstrahlung von Energie.
Brillant



Anmeldungsdatum: 12.02.2013
Beiträge: 1973
Wohnort: Hessen

Beitrag Brillant Verfasst am: 27. Nov 2013 23:35    Titel: Antworten mit Zitat

Die Mondoberfläche kann also max. 130 Grad heiss werden?

Sie mag ein wenig der Hitze in den Untergrund ableiten, der aber durch die staubige Oberfläche nicht sehr wärmeleitend sein dürfte. Also hat die helle Oberfläche bei 130 Grad ein Gleichgewicht zwischen Einstrahlung und Rückstrahlung in dieselbe Richtung.

Die Flagge dagegen ist nicht so hell, hat also mehr Einstrahlung zu verkraften. Andererseits aber eine Kühlfläche nach vorne und nach hinten. Ich schätze, ihre Temperatur wird auch in der Größenordnung von 130 Grad liegen.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 17900

Beitrag TomS Verfasst am: 27. Nov 2013 23:45    Titel: Antworten mit Zitat

Nehmen wir, bei der Flagge handele es sich um einen idealen schwarzen Körper der Fläche A. Dann gilt für die emittierte Leistung



Die von der Sonne absorbierte Leistung ist



wobei I für die Leistung pro Fläche steht.

Im thermischen Gleichgewicht sind emittierte und absorbierte Leistung identisch, es stellt sich eine konstante Temperatur ein, d.h.



Damit folgt



Der Zusammenhang gilt in verallgemeinerter Form auch noch für den grauen (= nicht perfekt absorbierenden) Körper



Für eine Abschätzung von T sollte das reichen.

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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
MondGast
Gast





Beitrag MondGast Verfasst am: 16. Jan 2014 03:25    Titel: Material der Mond-Flagge Antworten mit Zitat

Man kann das im Netz recherchieren: Diese Mondfahnen waren aus Nylon. Die Nasa hat damals dafür 5,50 Dollar pro Stück bezahlt.

Der Hersteller selbst hatte nur wenig Vertrauen in sein Produkt. Zitat: "Um ehrlich zu sein: Ich kann nicht glauben, dass davon etwas übrig geblieben sein wird", sagte Dennis Lacarruba von der Herstellerfirma in mehreren Interviews zum Jubiläum der Mondlandung. Auf der Erde hätten die Fahnen Wind und Wetter trotzen müssen. Auf dem Mond ist das ganz anders, weil er keine Atmosphäre besitzt und weder Regen noch Wind kennt. Damit fehlen aber auch die regulierenden Wirkungen einer Luftschicht.

Eine Oberfläche, die der Sonne ausgesetzt ist und ihr Licht absorbiert, kann sich auf über 100 Grad aufheizen. Polyamid, das Basis-Material von Nylon, kann dem anscheinend nicht auf Dauer standhalten..

lg
MondGast
Gast





Beitrag MondGast Verfasst am: 16. Jan 2014 03:28    Titel: testen Antworten mit Zitat

PS: man könnts ja mal testen. hat jemand so ein altes Nylonteil, was er nicht mehr braucht ? - einfach mal ein paar Stunden in den Backofen bei 100C und schauen was daraus wird..

lg
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5029

Beitrag DrStupid Verfasst am: 16. Jan 2014 18:59    Titel: Re: Temperatur der amerikanischen Flagge auf dem Mond ? Antworten mit Zitat

mondi hat Folgendes geschrieben:
Laut Wikipedia hat der Mond Temperaturen zwischen -160 und +130 Grad.
Nun ist es ja aber so, dass tagsüber das aufgeheizte Mondgestein die Wärme nach innen ableitet


Das ist vernachlässigbar. Regolith ist ein schlechter Wärmeleiter.

mondi hat Folgendes geschrieben:
Aus dieser Überlegung ergibt sich, dass Gegenstände, wie die amerikanische Flagge sehr viel heißer werden könnten, da sie ja quasi kaum eine Kühlung haben.


Es ist genau umgekehrt. Weil die verfügbare Oberfläche für die Emission größer als für die Absorption ist, werden sie besser gekühlt und erreichen deshalb eine geringere Gleichgewichtstemperatur. Wenn man nur die Einstrahlung durch die Sonne berücksichtigt, dann gilt

Aa·I = Ae·o·T^4

Beim Boden wird die Wärme ungefähr über gleiche Fläche emittiert, mit der sie absorbiert wird. Es gilt also Aa=Ae und somit

T = (I/o)^0,25

Bei der Flagge erfolgt die Emission über eine doppelt so große Fläche, weil sie nur auf einer Seite von der Sonne beschienen wird aber ihre Abwärme auf beiden Seiten abstrahlt. Wegen Ae=2·Aa gilt deshalb

T = [I/(2·o)]^0,25

Würde die Flagge nur von der Sonne aufgeheizt werden, dann wäre ihre maximale Gleichgewichtstemperatur um 16% kleiner als die des Bodens. Das entspricht rund 65 °C. Wegen der Wärmestrahlung des Bodens ist die tatsächliche Maximaltemperatur höher, aber die Berechnung ist etwas komplizierter.

mondi hat Folgendes geschrieben:
Wie heiß würde ein Astronaut (weiser Stoff/Gummi Anzug) ohne Kühlfunktion, wenn er 1 Stunde der Sonne auf dem Mond ausgesetzt ist (bei Sonnenstand 10 Grad, wie bei Apollo 11 - Von der NASA gibt es dazu anscheinend auch keine Angaben, da kein Thermometer im Anzug war)

Wie heiß wird ein Mondauto, welches auf dem Mond so rumsteht ?


Das ist wegen der komplizierten Gometrie dieser Objekte auch nicht trivial - selbst wenn man wider besseren Wissens von einer homogenen Temperaturverteilung ausgehen würde. Sicher ist aber, dass sie die maximale Temperatur des Erdbodens nicht überschreiten können.
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861

Beitrag GvC Verfasst am: 17. Jan 2014 14:15    Titel: Antworten mit Zitat

DrStupid hat Folgendes geschrieben:
Sicher ist aber, dass sie die maximale Temperatur des Erdbodens nicht überschreiten können.


Echt wahr? smile
Mondgast
Gast





Beitrag Mondgast Verfasst am: 22. Jan 2014 05:29    Titel: so heiß würde die Flagge ja schon auf der Erde Antworten mit Zitat

Zitat:
Das ist vernachlässigbar. Regolith ist ein schlechter Wärmeleiter.

na ja - das mag zwar sein, ABER:
- weil ein Mondtag 29 mal so lange dauert, wie ein Erdtag, ist eben auch viel Zeit vorhanden, in der die Wärme abfließen kann, bzw sich aufbaut.
- hinzu kommt, dass im Inneren des Mondes ziemlich kalt ist -> großer Wärmeunterschied wegen der eisig kalten Nacht -> dadurch fließt doch recht viel Wärme ab, trotz schlechter Wärmeleitfähigkeit des Mondgesteins.

Zitat:
65 Grad

schon mal hier auf der Erde ein Nylonteil an einem heißen Sommertag in die Sonne gehängt ? Das wird ja schon auf der Erde irre heiß.
1. Auf dem Mond wird es nicht durch Luft und Wind gekühlt.
2. Auf dem Mond ist es noch viel mehr Sonnenenergie ausgesetzt, weil eine dämpfende Luftatmosphäre fehlt.
-> also das wird doch sicher wesentlich heißer als 65 Grad, zumal es ja viel mehr Zeit hat aufgeheizt zu werden

Wenn man Datenblätter von Polyamis/Nylon durchforstet, dann finden sich Zahlen, dass es nur bis 85 Grad C temperaturbeständig ist.

Auch sehr interessant: Es verkraftet nur Temperaturen bis minus 40 Gard !!! Daraus ergibt sich zwingend, dass die amerikanische Flagge bereits in der ersten Mondnacht zu Staub zerfallen ist, weil Temperaturen unter minus 100 Grad wird sie nicht überstanden haben können !!!


lg
Mondgast
Gast





Beitrag Mondgast Verfasst am: 22. Jan 2014 06:04    Titel: Nylon im Vakuum Antworten mit Zitat

Interessant auch die Frage:
Wie verhält sich Nylon überhaupt im Vakuum ?

Auf www-vacuum.gsi.de/contents/uhv_basics/outgassing_resources.php wird ein Ausgaswert genannt von 1.2x10e-05
Ich wage den aber nicht zu interpretieren, dazu ist mir die Materie zu fremd.

lg
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5029

Beitrag DrStupid Verfasst am: 22. Jan 2014 18:37    Titel: Re: so heiß würde die Flagge ja schon auf der Erde Antworten mit Zitat

Mondgast hat Folgendes geschrieben:

- weil ein Mondtag 29 mal so lange dauert, wie ein Erdtag, ist eben auch viel Zeit vorhanden, in der die Wärme abfließen kann, bzw sich aufbaut.


Je länger der Tag, desto näher kommt die Temperatur dem stationären Zustand.

Mondgast hat Folgendes geschrieben:

- hinzu kommt, dass im Inneren des Mondes ziemlich kalt ist -> großer Wärmeunterschied wegen der eisig kalten Nacht -> dadurch fließt doch recht viel Wärme ab, trotz schlechter Wärmeleitfähigkeit des Mondgesteins.


Je tiefer die Wärme in den Boden fließt um so flacher wird der Temperaturgradient. Weil der Wärmestrom proportional zum Temperaturgradienten ist, konvergiert er dabei gegen Null - egal wie kalt es innen ist.

Zitat:

schon mal hier auf der Erde ein Nylonteil an einem heißen Sommertag in die Sonne gehängt ? Das wird ja schon auf der Erde irre heiß.


Quantifiziere "irre heiß".

Zitat:

-> also das wird doch sicher wesentlich heißer als 65 Grad


Solange Du das nur behauptest, ist das alles andere als sicher.

Zitat:

, zumal es ja viel mehr Zeit hat aufgeheizt zu werden


Die Zeit spielt keine Rolle, weil der stationäre Zustand sehr schnell erreicht wird.

Zitat:

Wenn man Datenblätter von Polyamis/Nylon durchforstet, dann finden sich Zahlen, dass es nur bis 85 Grad C temperaturbeständig ist.


Unter welchen Bedingungen?

Wenn die zusätzliche Wärmestrahlung des Bodens durch die Albedo der Flagge hinreichend kompensiert wird, dann würden die 85 °C genügen, um auf dem Mond zu überleben.

Zitat:
Es verkraftet nur Temperaturen bis minus 40 Gard !!!


Unter welchen Bedingungen?
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5029

Beitrag DrStupid Verfasst am: 22. Jan 2014 18:40    Titel: Re: Nylon im Vakuum Antworten mit Zitat

Mondgast hat Folgendes geschrieben:
Auf www-vacuum.gsi.de/contents/uhv_basics/outgassing_resources.php wird ein Ausgaswert genannt von 1.2x10e-05
Ich wage den aber nicht zu interpretieren, dazu ist mir die Materie zu fremd.


Irgend etwas wird da schon ausgasen. Am Anfang würde ich im wesentlichen Restlösemittel und adsorbierte Luftbestandteile erwarten. Später dürften dann Depolymerisationsprodukte dominieren.
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5029

Beitrag DrStupid Verfasst am: 24. Jan 2014 18:35    Titel: Antworten mit Zitat

Ich habe es jetzt nochmal versucht, den Einfluss des Bodens zu berücksichtigen:

Würde die Flagge zwischen zwei unendlichen parallelen Platten stecken, dann wird sie im Strahlungsgleichgewicht die gleiche Temperatur wie die Platten annehmen und dabei genauso viel Energie von den Platten absorbieren, wie sie selbst emittiert. Lässt man eine der beiden Platten weg, dann ist die Absorption nur noch halb so groß. Wenn die Mondoberfläche als eine solche Platte angesehen wird und die Flagge sich im Infrarotbereich wie ein schwarzer Körper verhält, dann folgt daraus für den durch die Flagge absorbierten Anteil der vom Mond ausgehenden Wärmestrahlung



Für die vom Mond reflektierte Sonnenstrahlung gilt entsprechend



Außerdem absorbiert die Flagge natürlich noch direkt einfallende Sonnenstrahlung:



Gleichzeitig emittiert die Flagge die Wärmestrahlung



Im Strahlungsgleichgewicht gilt dann



Die maximale Gleichgewichtstemperatur erreicht die Flagge bei



Bei idealer Ausrichtung zur Sonne können die roten und blauen Bereiche der Flagge (mit einer Albedo von jeweils 10 %) eine maximale Temperatur von 83 °C erreichen. Die Ausrichtung der Flagge ist allerdings weit von diesem Optimum entfernt. In diesem Bild sieht man, dass sie bei Apollo 11 nahezu parallel zum Sonnelicht aufgehängt wurde:

http://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/alsj/a11/ap11fr11.jpg

Die exakte Abwichung von der Oberflächennormale der Flagge kann ich zwar nicht ermitteln, aber sie liegt ganz sicher über 45°. Unter diesen Bedingungen kann die Flagge nicht wärmer als 72 °C werden. Das bedeutet, dass sie nicht durch Hitze, sondern sehr wahrscheinlich durch photochemische Reaktionen zerstört wird. Die roten Streifen wären davon zuerst betroffen und die weißen Streifen würden am längsten durchhalten.

Mit einem ähnlichen Ansatz lässt sich auch die Gleichgewichtstemperatur für einen senkrecht über dem Boden schwebenden Zylinder abschätzen (z.B. als grobes Modell für einen Astronauten mit isolierten Sohlen):



Die maximale Temperatur wird hier bei



erreicht.

Wenn man einen zwei Meter hohen Zylinder mit 30 cm Radius auf den Mond stellt, dann erreicht dieser bei einer Albedo von 45 % (Reflexion des gesamten sichtbaren Lichtes) eine Maximaltemperatur von 62 °C. Dazu muss die Sonne allerdings 75° über dem Horizont stehen. Dem obigen Bild nach zu urteilen waren es während der Apollo-Mission aber eher 30°, was zu einer Gleichgewichtstemperatur von rund 35 °C führen würde. Das ist noch deutlich kühler als die Bodentemperatur von rund 50 °C.

Symbole:
= Stefan-Boltzmann-Konstante
= Solarkonstante
= Fläche der Flagge
= Horizontaler Winkel zwischen Sonnenlicht und Flaggen-Normale
= Vertikaler Winkel zwischen Sonnenlicht und Flaggen-Normale
= Albedo
= Gleichgewichtstemperatur
mondGast
Gast





Beitrag mondGast Verfasst am: 29. Sep 2016 21:38    Titel: sonnenlichteinstrahlung Antworten mit Zitat

laut Nasa war der Sonnenstand etwa 10 Grad als die Apollo11 Astronauten auf den Mond ausstiegen. Das heißt sie sind ziemlich direkt von der Seite (vollflächig) erhitzt worden. Das muss schon ordentlich warm gewesen sein.. (ohne Kühlung)

lg
Brillant



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Beitrag Brillant Verfasst am: 29. Sep 2016 22:08    Titel: Antworten mit Zitat

Das Aufstellen einer Flagge ist ja die symbolische Inbesitznahme eines Areals. Ein Hund pinkelt sich sein Areal, der Mensch beflaggt es.

Doch wenn die Fahne inzwischen zerbröselt oder verdampft ist, hat dann die Nation ihren Anspruch verloren?

Und reicht(e) eine Flagge überhaupt, um den gesamten Mond in Besitz zu nehmen?
franz



Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11583

Beitrag franz Verfasst am: 29. Sep 2016 22:37    Titel: Antworten mit Zitat

Und wie werden die Chinesen das Problem klären?
grübelnd
Brillant



Anmeldungsdatum: 12.02.2013
Beiträge: 1973
Wohnort: Hessen

Beitrag Brillant Verfasst am: 30. Sep 2016 09:42    Titel: Antworten mit Zitat

franz hat Folgendes geschrieben:
Und wie werden die Chinesen das Problem klären?
Die schütten Häufchen aus Mondgestein auf und erklären drumherum ihre Wirtschaftszone von 200 Seemeilen (ca. 360 km Radius).

spiegel.de 12.07.2016

Das sind pro Häufchen 406.944 km². Bei 37,93 Millionen km² Mondoberfläche werden rechnerisch nur 93 Häufchen gebraucht, um den ganzen Mond zu beanspruchen. Und Chinesen sind als fleißig und ausdauern bekannt.

Mondgesteinshäufchen dürften haltbarer sein als jede Flagge und müssen noch nicht mal mitgebracht werden. Sehr pfiffig, die Chinesen.



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TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
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Beitrag TomS Verfasst am: 30. Sep 2016 13:41    Titel: Antworten mit Zitat

Das ganze ist inzwischen ziemlich aus dem Ruder gelaufen.

Ich schlage vor, für die einfachste Geometrie einfach mal meine Rechnung aus dem Beitrag vom 27. Nov 2013 mit konkreten Werten nachzuvollziehen.

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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
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