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Radiative Cooling and ORB
http://takanosunonobo.blogspot.jp/2013/02/radiative-cooling-and-orb.html
気象学では、湿度100％以下の大気中に雲粒がある現実を認めつつ、湿度100％以上（過飽和）でないと雲粒はできないとしています。
この考えに従うと、雲粒が存在しても過飽和でないと雲粒は蒸発してなくなってしまいます。
経験的に過飽和な状態などほとんど見つけられません。
現実とは違います、なにか変です。
また、科学の常識では「水は0℃以下で個体、液体、気体の状態で存在できる」はずですが、気象の常識と違います。
また、科学の常識では「水は0℃以下で個体、液体、気体の状態で存在できる」はずですが、気象の常識と違います。
宇宙空間に液体の水をまけば、氷となって漂うことも確かめられています。（「宇宙からの帰還」 立花 隆 中公文庫）
宇宙に放りだされた瞬間、一部が蒸発して潜熱が奪われ瞬間的に氷ると考えられます。
この考え方は間違っているのでしょうか？
液体と気体の水が無重力のなかで（自由落下中の雨）共存できるか考えてみました。
かなり奇妙な結論になりましたので、「うわさ」程度の話として読み流してください。
１．液体と気体の水が共存する条件とは？その1 弱い重力下
1）平衡状態１
真空中に熱源と熱力学でおなじみのピストン付きの容器を考えます。
容器の中には液体と気体の水が入っています。
ピストンの上にはおもりとアリさんが１匹載っています。
ピストンの断面積Sで重りとアリさんの質量の合計をMとすると、圧力はP＝Mg／Sとなります。
液体と気体の水の温度を10℃としましょう。
このとき水蒸気の圧力はP=12ｈPaとなります。
逆に水蒸気圧P=12ｈPaは温度10℃に対応します。
温度が20℃なら水蒸気圧は23ｈPaです。こうした温度を露点温度と呼びます。
熱力学によると、液体と気体の2相の場合、双方の圧力と温度は同じになるそうです。
よそからエネルギーの流入もなく、Pとピストンの中の圧力が釣り合っていると何もおこりません。こうした平衡状態になっているとします。
2）平衡状態2
10℃の熱源を取り付けアリさんにピストンから降りてもらいます。
水蒸気や水の圧力や温度に実質的に変化はありませんが、圧力はわずかにバランスが崩れ液体の水は蒸発を始めます。
蒸発するためにはエネルギーが必要ですが10℃の熱源が供給します。
最終的にピストンの中身は全部水蒸気になります。
全部水蒸気になったら、またアリさんにピストンに載ってもらい、熱源を外します。
中の水蒸気はエネルギーの流入はなくなって、もとの圧力にもどり釣り合います。
あとはなんの変化も起きませんので平衡状態になっています。
3）平衡状態3
再び10℃の熱源を取り付け、今度はアリさん2匹にピストンに載ってもらいます。
今度は圧力Ｐが少し大きくなり、水蒸気の液化が始まります。
液化の際の潜熱は熱源に放出されます。
最終的に水蒸気は全部液体の水になります。
ピストンにのるアリさんを1匹にして熱源をはずします。
圧力は釣り合い何も起こらなくなります。
これも平衡状態です。
1）水と水蒸気がある場合、2）水蒸気だけの場合、3）水だけの場合
3つの平衡状態を見てきました。3つとも温度と圧力は同じです。
なにが違うのか？
熱源とエネルギーをやり取りしていますのでエネルギーが違います。
つまり、10℃のH2Oがどのような割合で液体であるか気体であるかは内部エネルギーによって決まるわけです。
２．液体と気体の水が共存する条件とは？その2 無重力下
その1では弱い重力を仮定しました。
アリさんは登場できませんが、平衡状態１の実験装置を宇宙空間に放り出したら液体の部分の水はおそらくボールのような球になると思います。
（エネルギーは加えておらず、変化が起こりましたのでエントロピーは増加すると思います。）
無重力に放りだされた状態
さて、この容器の中の液体の水は蒸発するでしょうか？
蒸発するにはエネルギーが必要ですが、エネルギーの供給はありません。
私は気象学に次のよう教えられました。
「雨粒は表面張力の影響で蒸発してしまう。」
続く説明では雨粒はほとんど濃硫酸のようになってしまいます。
これを気象の理由としましょう。
気象には液体を気体にするエネルギーを無制限に与えてしまう欠点があります。
気象は雲粒の出来ないのは、次のように言っているのと同じです。
「液体から気体に変わるエネルギーを与えます。そして、全部気体になりました。」
これが、雲粒ができない理由です。
私は次のように批判します。
気象の理由は熱的平衡状態を前提にしていません。
それならば、無重力の水滴は一体どうなっていればよいのでしょう。
残念ながら、私にはそれを確かめる能力がありません。
しかし、私たちは熱的平衡状態にある大気でも温度の違いがあるのを知っています。
乾燥断熱減率は熱的平衡状態から計算されます。
熱的平衡状態でも温度が違ってしまうことがあります。
さて、水蒸気圧を12hPa、温度を10℃としましょう。
私は水粒の温度は10℃より低いと予想します。。
そして、水の球の近傍と水の球から遠くの水蒸気の比エントロピーは同じだ。
おそらく、水の球の周辺には温度と圧力の小さな傾斜が出来るのでしょう。
液体に少しエネルギーを加えて計算すればわかるかも知れませんが、表面張力のエネルギーも考えなければなりません。
そして、地球上ではさらに複雑になります。
水蒸気と空気の混合気体を考えなければなりません。
私は次のように予想します。
湿球温度計近傍の水蒸気と環境の空気の比エントロピーが同じになる。
私は湿球温度がその値に近いと思います。
しかし、それはただのイメージです。
3．放射冷却とORB
話が、私に手に負えないほど難しくなってしまいました。
ここでは、ORBについて私の意見を紹介します。
次の写真を見てください。
。
山小屋で撮ったオーブです。どうも霧の中や霧のがでそうなときに降るようです。椿鬼奴さんのレポートで名前を知りました。
部屋の中でも降るようですが残念ながら山小屋の中では降っていませんでした。フラッシュをたかないと見えにくいです。
ことらを見るシカたちがわかりますか？
ORBが写っています。
写真は1500to2000mの標高の高い所や水辺で、フラッシュ撮影したものです。
直接ORBを見ることはできません。
私はORBを水だと考えています。
そして、私はORBが水なら、その温度は湿球温度だろうとかんがえました。
データは次のアドレスで手に入ります。.
気温、気圧、相対湿度、風向、風速、日照等
そして、表面の温度、地下1センチの温度。
地上1.5メートルの湿球温度を計算することができますので、次のような条件でデータを選び出し、湿球温度を計算しました。
条件は0時から6時に観測され風速0.3m/sec以下のデータです。
横軸が湿球温度、縦軸が地表温です。
赤プロットは次の条件を満たしています。
-1℃＜地表の温度－湿球温度＜1℃。
データの数は次です。
全データ数は866です。
赤丸の数は515（59.5%）。
地表の温度が湿球温度より1℃以上高かったのは186（21.5%）。
地表の温度が湿球温度より1℃以上低かったのは165（19.0%）
全データの相関係数は0.98
湿球温度をX 地表温をYとします。
回帰式は次のとおりでした。
Y＝0.9X＋0.61
私は次のように結論します。
晴れて、相対湿度が下がっていれば湿球温度は低くなります。
冷たいORBが温度を低くするのだと思います。
第2法則が言うように、放射冷却はありません。
.
＊1
無重力下では、液体と気体の内部エネルギーに加え、表面張力のエネルギーを考えるべきです。
重力下では蒸発や凝結がおきても
「境界の面積が変わらない」＝「表面張力のエネルギーはかわらない」
無重力では
「境界の面積は変わる」＝「表面張力のエネルギーも変わる」
となります。
熱力学の得意な方は案外簡単に平衡条件を見つけるかもしれません。
見つけましたら、ご教授願います。勝手ですが私の学力はできの悪い大学１年生程度あることを念頭に噛み砕いて願います。よろしくお願いします。
takanosunotama@mail.goo.ne.jp
帰り道少し霧が晴れてきました。
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