把液態(tài)水放在太空，先沸騰還是先結(jié)冰？

水是我們生活中最常見的物質(zhì)，地球上大多數(shù)的水都是液態(tài)的形式存在，這對(duì)虧了地球上空厚厚的大氣層，就像一層厚厚的棉被那樣，讓照射到地球上的太陽(yáng)能量不會(huì)散去得太快，才有了液態(tài)水的穩(wěn)定存在。

你有沒有想過這樣的問題，如果把液態(tài)水帶到太空中，會(huì)發(fā)生什么呢？液態(tài)水會(huì)沸騰還是會(huì)結(jié)冰呢？哪個(gè)先發(fā)生。

在回答問題之前，我們需要詳細(xì)了解一下水的一些物體特性。

首先，水有三種形態(tài)：液態(tài)，固態(tài)和氣態(tài)（當(dāng)然也有第四種形態(tài)，這里就不討論了），而溫度和壓力會(huì)改變水的具體形態(tài)，而太空環(huán)境與地球環(huán)境最大的不同就是溫度和壓力。

外太空溫度非常低，如果沒有陽(yáng)光直射的情況下，溫度甚至?xí)咏^對(duì)零度，同時(shí)也幾乎沒有任何壓力，因?yàn)橥馓战咏婵窄h(huán)境。

太空的唯一溫度來源，就是宇宙微波背景輻射，但輻射的溫度非常低，僅比絕對(duì)零度高了3度左右，如此低的溫度足以把氫凍成固體，更不要說液態(tài)水了。這樣說來，如果我們把液態(tài)水放在太空中，應(yīng)該會(huì)很快結(jié)冰才對(duì)，畢竟在我們的日常生活經(jīng)驗(yàn)來看，確實(shí)如此，當(dāng)溫度很低時(shí)，液態(tài)水的確會(huì)很快結(jié)冰。

但由于壓強(qiáng)在我們身邊無處不在，恰恰很容易忽略掉壓強(qiáng)的影響，而只會(huì)考慮溫度的影響。實(shí)際上壓強(qiáng)對(duì)水狀態(tài)的影響同樣明顯，甚至不亞于溫度的影響。

如果你前往海拔非常高的地方，比如說青藏高原，就會(huì)發(fā)現(xiàn)液態(tài)水在溫度較低時(shí)也會(huì)沸騰，就是因?yàn)楹０胃叩牡胤酱髿庀”。瑝簭?qiáng)更低，于是水分子僅需要更小的動(dòng)能就能跑出來了。如果我們想在海拔較高的地方煮熟食物，就需要高壓鍋之類的東西增加壓強(qiáng)，這樣水分子想要再跑出來就需要更大的動(dòng)能，也就是更高的溫度。

但是，海拔高的高原地區(qū)雖然壓強(qiáng)較小，但并不會(huì)比其他地區(qū)小太多。假說壓強(qiáng)變成零，比如說把液態(tài)水放到真空室里，把空氣全部抽干，在如此極端的環(huán)境里，液態(tài)水會(huì)發(fā)生什么變化呢？

液態(tài)水竟然沸騰了，而且沸騰得相當(dāng)厲害。原因很簡(jiǎn)單，水想要保持液態(tài)，既需要一定的壓力，也需要一定的溫度，壓力和溫度都要滿足才行。

如果溫度是固定的，只需要把壓力不斷減小，水也會(huì)沸騰。同樣的道理，如果壓力是固定的，不斷升高溫度，水也會(huì)沸騰。

而把液態(tài)水放到太空環(huán)境里，其實(shí)是液態(tài)水同時(shí)做了兩件事：放到溫度更低的環(huán)境，還是壓力幾乎為零的環(huán)境。

而前者會(huì)讓水結(jié)冰，后者會(huì)讓水沸騰。那么，太空中的液態(tài)水到底是先結(jié)冰，還是先沸騰呢？

大答案是：首先沸騰，然后結(jié)冰。

其實(shí)空間站的航天員早就做過這樣的實(shí)驗(yàn)，當(dāng)然不是刻意去做的。航天員把收集到的尿液定期排到太空，親眼目睹了尿液先沸騰，然后迅速結(jié)冰。

液體水為什么會(huì)先結(jié)冰呢？

因?yàn)樗谋葻崛莺芨摺?/p>

提到比熱容，就需要一些基本的物理學(xué)常識(shí)了。所謂比熱容，就是單位質(zhì)量物體改變單位溫度時(shí)吸收或放出的熱量，表示物體吸熱或者散熱能力。比熱容越大，物體的吸熱或散熱能力越強(qiáng)。

就是因?yàn)樗奈鼰峄蛘呱崮芰Ω鼜?qiáng)，因此我們經(jīng)常會(huì)用水來冷卻物體，因?yàn)樗胀瑯拥臒崃浚瑴囟壬仙酶?/p>

但同樣地也是因?yàn)樗谋葻崛莞撸胙杆俑淖兯臏囟龋?dāng)然也需要更大的熱量損失，整個(gè)過程自然就會(huì)比較慢。因此，讓液態(tài)水在短時(shí)間內(nèi)結(jié)冰其實(shí)是相當(dāng)困難的事情。即使液態(tài)水和太空中的溫度相差巨大，水也能夠很好地保存自身的熱量。

同時(shí)由于液態(tài)水表面張力的作用，水在太空中通常會(huì)保持球形，而同樣的體積球形表面積是最小的，這就意味著太空中的液態(tài)水最大限度地減小了與太空的熱交換面積。

這就更減緩了液態(tài)水凍結(jié)的過程，除非我們有辦法讓水分子單獨(dú)暴露在太空！

但是壓強(qiáng)的變化可以讓液態(tài)水瞬間感應(yīng)到，壓力會(huì)直接作用到液態(tài)水表面，因此會(huì)瞬間讓液態(tài)水沸騰。

當(dāng)液態(tài)水沸騰變成氣態(tài)之后，分子間的距離更遠(yuǎn)了，就相當(dāng)于剛才所講的把單個(gè)水分子暴露在太空，于是水蒸氣會(huì)迅速結(jié)冰。

而當(dāng)溫度低于零下63度時(shí)，無論壓強(qiáng)有多大，水都只會(huì)以固態(tài)的形式存在。而太空中的溫度遠(yuǎn)低于零下63度。

因此，把液態(tài)水放到太空中，水首先會(huì)沸騰，然后細(xì)小的霧狀水蒸氣會(huì)凍結(jié)成冰晶！

其實(shí)，在東北冬季極寒的天氣下，所謂的“潑水成冰”整個(gè)過程，與把液態(tài)水放到太空的水蒸發(fā)后迅速結(jié)冰的過程，是一個(gè)道理。潑出去的水壓力會(huì)迅速降低，壓力的下降會(huì)讓本來溫度很高的水迅速沸騰，就像太空中的水沸騰那樣，而極寒的天氣會(huì)讓水蒸氣快速凍結(jié)，形成冰晶，其實(shí)就是雪。