Was ist der Unterschied zwischen Gas und Staub in der Astronomie?

Gibt es einen strengen Unterschied zwischen Gas und Staub? In der irdischen Umgebung werden die meisten Dinge gasförmig, wenn sie ausreichend erhitzt werden. Die Temperatur des interstellaren Mediums scheint hauptsächlich zwischen 10 und 10 000 Kelvin zu liegen. Ist Gas / Staub ein Analogon für Heiß / Kalt oder spielt auch das Phasendiagramm des betreffenden Elements eine Rolle? Können Metalle und Moleküle astronomisch gesehen Gas sein?

— LocalFluff
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Antworten:

Ja, Metalle und andere Elemente und Moleküle können unter den richtigen Temperatur- und Druckbedingungen gasförmig vorliegen. Ein "Gas" ist einfach einer der fundamentalen Zustände der Materie, wie in fest , flüssig oder gasförmig (und einige andere Zustände, die außerhalb des Rahmens dieser Frage liegen). Aber als Gas existieren diese Substanzen entweder als einzelne Atome, einzelne Elementmoleküle oder einzelne zusammengesetzte Moleküle mehrerer Atome (zB Kohlendioxid).

Staub hingegen besteht aus winzigen Partikeln, die die stärkeren intermolekularen Bindungen eingegangen sind, um Substanzen wie Eis, Silikate und Kohlenstoffverbindungen zu erzeugen, die in unterschiedlicher Dichte zwischen den Sternen und zwischen den Galaxien schweben. Da diese Partikel immer noch extrem klein sind (in der Regel ein Bruchteil eines Mikrometers Durchmesser), können sie gasförmig erscheinen , aber diese winzigen, unregelmäßig geformten Objekte existieren einzeln immer noch in festem oder flüssigem Zustand.

— Robert Cartaino
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In der Kosmologie wird jede Materie einfach als "Staub" bezeichnet und es wird angenommen, dass sie sich überhaupt nicht bewegt. Man muss sich also den Unterabschnitt der Astronomie ansehen, um den es geht.

— AtmosphericPrisonEscape

@AtmosphericPrisonEscape: Das ist nicht ganz richtig. Die Kosmologie leiht dies einfach aus der allgemeinen Relativitätstheorie, in der "Staub" "unendliche perfekte Flüssigkeit" bedeutet, und damit praktisch jede Verteilung von Stress-Energie, die als solche angemessen modelliert werden kann. Insbesondere begann die Ära, in der das Universum im großen Maßstab als solches behandelt werden konnte, ungefähr Jahre nach dem Urknall und endete vor ungefähr Jahren.

50 k

$50\,\mathrm{k}$

4 G

$4\,\mathrm{G}$

— Stan Liou

@RobertCartaino "Staub besteht andererseits aus winzigen Partikeln, die die stärkeren intermolekularen Bindungen eingegangen sind, um Substanzen wie Eis zu erzeugen." Wären diese neuen Bindungen nicht schwächer und nur bei niedrigeren Temperaturen stabil?

— BMS

In der Astronomie gibt es keine formale Definition der Schwelle zwischen Gas und Staub. Gas kann einatomig, zweiatomig oder molekular sein (oder im Prinzip aus Photonen bestehen ). Moleküle können sehr groß sein, und Staubpartikel sind im Prinzip nur sehr große Moleküle. Ich habe verschiedene Autoren gesehen, die verschiedene Definitionen verwendeten, von bis Atomen. $\sim100$ $\sim1000$

Das soll nicht heißen, dass es keinen deutlichen Unterschied zwischen Molekülen und Staub gibt. Sie haben sehr unterschiedliche Eigenschaften, aber der Übergang zwischen ihnen ist einfach nicht genau definiert.

ADDED 13.6.2018: Ich nehme zurzeit an einer Konferenz über kosmischen Staub teil und 200 Astronomen konnten die Frage nach der Schwelle zwischen großen Molekülen und kleinen Staubkörnern nicht beantworten. Eine Möglichkeit, eine Unterscheidung zu treffen, besteht darin, die zugehörigen Spektrallinien zu betrachten: Moleküle emittieren / absorbieren und spezifische Wellenlängen, während Staub über einen breiteren Bereich emittieren / absorbieren kann. Es gibt jedoch keine bestimmte Anzahl von Atomen - zum Beispiel ist das Fulleren C ₅₄₀ ein sehr großes Kohlenstoffmolekül, aber wenn Sie seine 540 C-Atome in amorphen Kohlenstoff umwandeln, wird es als Staubkorn betrachtet.

Gas, Moleküle und Staub können heiß oder kalt sein, aber wenn es zu heiß wird, werden größere Partikel bei Kollisionen zerstört. Während eine Molekülwolke typischerweise sehr kalt ist und sowohl aus Gas als auch Staub besteht, wird Staub in den -Regionen um heiße Sterne durch Kollisionen mit anderen Körnern zerstört (wenn auch nicht vollständig) , was auf Sputtern zurückzuführen ist Kollisionen mit Ionen, Sublimation oder Verdampfung oder sogar Explosionen durch ultraviolette Strahlung (siehe z . B. Greenberg 1976 ). $\mathrm{H\,II}$

Um Ihre letzte Frage zu beantworten, habe ich den Begriff "Gas" für Staubpartikel nicht gehört, aber Metalle, und Moleküle können beide als Gas bezeichnet werden. Zum Beispiel wird -Gas routinemäßig verwendet, um entfernte Galaxien zu detektieren, und Molekülwolken enthalten und -Gas. Im interstellaren Medium befinden sich ungefähr 2/3 der Metalle in der Gasphase, während 1/3 in Staub vorliegt. $^\dagger$ $\mathrm{Mg\,II}$ $\mathrm{H}_2$ $\mathrm{CO}$

$^{^\dagger}$ ^{"Metalle" im astronomischen Sinne, dh alle anderen Elemente als Wasserstoff und Helium.}

— pela
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Jetzt hast du meinen amateurhaften Versuch, das zu verstehen, getrübt. Monatomischer Staub? Wenn Astronomen gelegentlich "Staub" und "Gas" erwähnen, beziehen sie sich in ihren Spektrogrammen möglicherweise nur auf bestimmte Wellenlängen? Oder winken sie nur mit den Händen, um zu fühlen, wie es ist. Du hast ein paar Mal an meinen Beinen gezogen, @pela, ich habe nicht mehr viele Beine übrig. Das ist Astronomie, du kannst mir natürlich alles erzählen.

— LocalFluff

@LocalFluff:: D Nein, Gas kann einatomig, zweiatomig usw. sein. Um es "Staub" zu nennen, benötigt man viele Atome, dh im Prinzip Moleküle. Wenn dieses Molekül unterhalb einer schlecht definierten Schwelle liegt, nennen wir es einfach Moleküle. Wenn es zu groß ist, nennen wir es Staub. Ein Unterschied zwischen Molekülen und Staub sind die Streuungseigenschaften. Während Moleküle dazu neigen, Licht bei bestimmten Energieniveaus zu streuen, hängt die Streuung eher von der charakteristischen Größe des Konglomerats ab. Aber es gibt immer noch keine scharfe Schwelle.

— Pela

Lesen Sie den zweiten Satz noch einmal. Ich denke, es macht Sinn, aber wenn nicht, lassen Sie es mich wissen und ich werde bearbeiten :)

— pela

Die Streuungseigenschaften sind sinnvoll. Ich habe gehört, dass es eine Grauzone von "großen freien Molekülen" mit Absorptionslinien gibt, die schwer zu entwirren sind. In der Grundschule und in der Chemie des Alltags sind Gas und Staub ziemlich verschieden, denke ich. Aber vielleicht nicht so im Weltraum?

— LocalFluff

Ich weiß nicht viel über Moleküle, aber vielleicht beziehen Sie sich auf PAK . Ich würde nicht sagen, dass Gas und Staub nicht sehr verschieden sind. Sie haben in vielerlei Hinsicht sehr unterschiedliche Eigenschaften. Es ist nur so, dass es keine strikte Grenze zwischen ihnen gibt, so dass sie sich auf kurze Distanz nicht unterscheiden. Aber wen interessiert das logarithmisch? :)

— pela

Ich kann nur zu der hervorragenden Antwort von Robert hinzufügen, dass interstellare Staubpartikel, ähnlich wie Zigarettenrauch in der Luft, im interstellaren Gas hängen und mit ihm sowohl kinematisch (wird abhängig von der Partikelgröße mitgeschleppt) als auch energetisch (ausgetauscht) interagieren Wärme, die zu einer erheblichen Abkühlung des Gases führen kann). Staubpartikel wechselwirken auch mit der (Stern-) Strahlung und können durch energiereiche Strahlung verdampft werden, aber auch durch Kondensation aus dem umgebenden Gas wachsen.

Alle größeren festen astronomischen Objekte (Planeten, Asteroiden usw., aber keine Sternreste) haben sich aus Staub gebildet, der sich wiederum aus den schwereren Elementen im interstellaren Gas gebildet hat.

Für viele astronomische Zwecke ist Staub ärgerlich, da er das Licht, insbesondere die kürzeren Wellenlängen ( Rötung und Verdunkelung des Lichts von Sternen), blockiert und Sterne versteckt, insbesondere in der Mittelebene der Milchstraße. Infolgedessen ist das galaktische Zentrum, ein Ort von großem astronomischen Interesse, größtenteils unsichtbar und kann nur durch Beobachtung anderer Wellenlängen als des sichtbaren Lichts, insbesondere des Infrarotlichts, das kaum durch Staubabsorption beeinträchtigt wird, untersucht werden.

— Walter
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