Was wir suchen, ist eine kaltblütige Kreatur, die ein Phasenwechselmaterial (PCM) verwendet, um den Hals und die Lunge auszukleiden, das Wärme durch den Luftstrom absorbiert.

Ein Beispiel für ein Phasenwechselmaterial ist Eis. Eis behält seine Temperatur, bis es vollständig geschmolzen ist. Nehmen Sie ein teilweise geschmolzenes Stück Eis und es hat die gleiche Temperatur. Besser noch, warme Luft darüber leiten und auf der anderen Seite kalte Luft bekommen, bis das Eis vollständig geschmolzen ist.

Nun, hier werde ich etwas mit der Hand winken, weil ich kein Hauptfach organische Chemie bin. Was wir suchen, ist das Hautäquivalent von Eis. Anstatt zu schmelzen, leitet das Hautäquivalent die thermische Energie in den Blutkreislauf. Denken Sie daran, dass die Kreatur kaltblütig ist, und dieser hochentwickelte Prozess würde es ihr ermöglichen, kühleren Temperaturen zu widerstehen, als es eine normale kaltblütige Kreatur könnte. Denken Sie daran, dass diese PCM-Haut den Hals und die Lunge auskleiden würde.

Und es hätte den Nebeneffekt, dass kühlere Luft ausgeatmet als eingeatmet würde. Wie viel kühler? Das ist eine Funktion der Effizienz des Systems. Beachten Sie jedoch Folgendes:

• Je kälter die Außentemperatur, desto weniger effizient ist die Umwandlung. Unsere neue Kreatur könnte Temperaturen unter dem Gefrierpunkt überleben, aber ihre Bewegungen wären viel träger und ihre Ausatmung nur ein oder zwei Grad kälter als die Umgebungsluft. Je kühler die Luft wird, desto weniger Energie muss aus ihr gezogen werden.

• In ähnlicher Weise würde die Kreatur bei sehr heißen Temperaturen wahrscheinlich eine zufriedenstellende Wärme durch Körperabsorption erhalten, was zu einer geringeren Effizienz führt. Da der Umgebungsluft über Hals und Lunge nicht so viel Wärme entzogen werden muss (das Blut ist bereits erwärmt), wäre die ausgeatmete Luft nur wenige Grad kühler als die Umgebungsluft.

• Aber am effizientesten, den ich willkürlich als Beispiel mit 70℉ deklariere, dann ist die Effizienz ziemlich groß und die ausgeatmete Luft könnte nahe oder knapp unter dem Gefrierpunkt liegen.

Wie sehr würde dies die Umgebung wirklich beeinflussen? Nicht so viel, es sei denn, die Kreatur war gigantisch. Denken Sie darüber nach, wie sehr Ihr eigener Atem die Umgebung beeinflusst. Selbst mit dem schlechtesten Atem der Welt ist Ihr Aufprall weniger als ein 10-Fuß-Radius und das ist nur ein Geruch. Ihr heißer Atem bei kaltem Wetter ist für jemanden, der vor Ihnen steht, nicht zu spüren (oder, wenn Sie wirklich ausatmen, kaum zu spüren), geschweige denn für jemanden, der hinter Ihnen steht. Unsere Kreatur hätte eine ganz ähnliche Wirkung. Es könnte vielleicht jemandes Getränk kühlen oder im Nahkampf leichte Erfrierungen verursachen, aber das ist wahrscheinlich das Ausmaß der Wirkung. Es ist einfach nicht genug Atem beteiligt.

PS, es gibt auch einen nicht-organischen Weg, dies zu tun

Die thermoelektrische Kühlung verwendet Festkörpermaterialien, um Strom aus der Umgebungstemperatur zu erzeugen. Im Grunde ist es eine thermoelektrische Wärmepumpe. Das ist mega coole Technik, aber weil es nicht organisch ist, können die beteiligten Materialien nicht direkt verwendet werden.

Allerdings geschieht dies in der Natur mit Eis und synthetisch mit thermoelektrischen Kühlboxen. Wirklich, das bedeutet, dass Sie nur einen coolen Namen brauchen, um ein biologisches PCM zu beschreiben, und Sie haben etwas, das die Standards des Aufhebens des Unglaubens erfüllt. Prost.

Mit seinen Kommentaren hat David Culp im Wesentlichen Recht. Kälte ist die Abwesenheit von Hitze, daher könnten Ihre Außerirdischen die Fähigkeit, extrem endotherme Reaktionen zu erzeugen, als Waffe nutzen.

Die häufigste endotherme Reaktion in der Natur ist die Photosynthese. Es nutzt Sonnenlicht, um Wasser und CO2 in O2 und Kohlenhydrate umzuwandeln. Wasser und CO2 sind die energieärmeren chemischen Konfigurationen. Um also O2 und Kohlenhydrate zur Energiefreisetzung zu verwenden, verlassen sich sowohl Pflanzen als auch Tiere auf etwas , das Energie in dieser Form speichert , und das ist es, was Photosynthese wirklich ist; Speicherung von aus Sonnenlicht gewonnener Energie in chemischer Form.

Damit; Ihre Aliens haben eine extreme Form dieses Prozesses, der es ihnen ermöglicht, riesige Mengen an Wärmeenergie aus ihrer Umgebung einzufangen und eine große Menge CO2 und Wasser (oder andere energiearme Chemikalien) in nützlicheres O2 und Kohlenhydrate (oder andere energiereiche Chemikalien) umzuwandeln ).

Die Einschränkung besteht darin, dass Sie für diesen Prozess Wasser in sich speichern müssen, ganz zu schweigen davon, dass Sie einen Weg finden müssen, CO2 zu speichern, das nicht in Ihren „Blutkreislauf“ resorbiert werden kann. Es könnte wahrscheinlich nur einmal in jedem bestimmten Zeitraum verwendet werden (Sie müssten den Wasser- und CO2-Gehalt auffüllen) und es bedeutet auch, dass Ihre Außerirdischen wahrscheinlich nur zur Ernährung und nicht zur Energieaufnahme essen. Das bedeutet in der Tat, dass sie Proteine ​​und Spurenelemente aus Erde, Pflanzen oder Tieren aufnehmen können, um ihre Gesundheit zu erhalten, und diese Gefrierfähigkeit zur „Ernährung“ nutzen.

Wenn Ihre Außerirdischen von einem sehr heißen Planeten kamen (sagen wir 70 Grad C), dann könnte dies eine Überlebensreaktion sein, die auch beschreiben würde, wie sie sich entwickelt.

Das würde sie für den Menschen nicht weniger gefährlich machen. Im Gegenteil, sie könnten den Gefrierprozess (eigentlich Wärmeabsorption) verwenden, um ihre tierische Beute zu betäuben oder zu immobilisieren, und dann ihre Nährstoffe nach Belieben aufnehmen.

Es gibt keine Möglichkeit, dies zu tun, es sei denn:

• Die Kreatur wurde mit magischen Mitteln entworfen;
• Die Kreatur wurde von einer Zivilisation mit einer Technologie entwickelt, die so fortschrittlich ist, dass sie für uns praktisch magisch ist;
• Superkräfte im DC/Marvel-Stil.

Das Vorhandensein von Realitätsprüfungen und wissenschaftlich fundierten Tags macht es etwas schwierig, diese Kreatur zu entwerfen.

Es gibt kein Lebewesen, das die Luft (oder das Wasser) um sich herum kühlt. Nicht einmal Pflanzen, die auf Photosynthese angewiesen sind - ein endothermer Prozess!

Ihr Tier könnte vielleicht Ammoniumchlorid in einer Drüse gespeichert haben, in Form von Mikrokristallen und durch Fett geschützt. Diesen Stoff könnte es mit dem Schweiß absondern, und die Auflösung der Kristalle im Wasser wäre endotherm – also: es würde sich kalt anfühlen. Das Problem bei diesem Ansatz ist, dass es zu viel Masse erfordern würde, um diese Kreatur dazu zu bringen, selbst als halb kaputte Klimaanlage für einen sehr kleinen Raum zu arbeiten. Einfach nicht machbar.

Aber da Sie auch ein Science-Fiction-Tag eingefügt haben ... Wenn die Kreatur einige endotherme Stoffwechselprozesse hat und irgendwie Energie aus unseren wahrgenommenen drei Dimensionen entnehmen kann, um diese Energie in Körperteilen zu verwenden, die in vier oder mehr Dimensionen existieren, dann ist es so könnte machen was du willst. In Joe Haldemans Marsbound-Trilogie gibt es eine Kreatur, die sich von „Energie“ aus ihrer Umgebung ernährt. Das Wesen, Spy genannt, beschreibt seinen Stoffwechsel so:

„Ich weiß, dass es viel Energie oder so etwas wie Energie braucht, um mich hierher zu bringen und hier zu halten. Ich „absorbiere“ die kinetische Energie von Kugeln und die chemische Energie von Lebensmitteln und die Strahlungsenergie von Sonnenlicht, und all das hilft mir, hier zu bleiben.“

Und dann später, als er gefragt wurde, welche Auswirkungen eine spezielle Atombombe auf ihn haben würde:

„Eine ständige Explosion von Strahlung? Ich würde es lieben! Ein Bankett.“ Er sah zum Himmel hinauf. „Ich kann ein wenig sekundäre Wärme spüren, die von der Atmosphäre reflektiert wird, von der, über die Sie gestern geflogen sind.“

Das Buch geht darauf nicht weiter ein, aber ein solches "Energie fressendes" Wesen könnte wahrscheinlich die Temperatur seiner Umgebung allein durch Nahrungsaufnahme senken.

Schließlich gibt es im Indie-Videospiel FTL eine empfindungsfähige Spezies, die schnell den Sauerstoff aus dem Raum saugt, in dem sie sich befindet, und ein Vakuum erzeugt. In einem kleinen, geschlossenen Raum würde dies den Luftdruck senken, was auch die Temperatur senkt.

Wäre es hilfreich, wenn die Gefrierleistung nicht konstant, sondern nach Bedarf wäre? Es könnte ein Organ haben, das im Grunde wie ein Gefrierschrank funktioniert: superdichtes Gas speichert und schnell in ein Anhängsel abgibt, das dann gekühlt wird. Obwohl dann diese Gefrierkraft nur mit Berührung und nicht in einer Art "Gefrierstrahl" funktionieren würde.

Die "Gefrierkraft" würde wie der Giftbiss einer Schlange funktionieren: Sie hätte eine begrenzte Ladung, und der Außerirdische würde Zeit brauchen, um sie wieder aufzubauen. Der Wiederaufbau würde möglicherweise viel Zeit oder viel Energie in Anspruch nehmen. Es würde Gewebe brauchen, das Gas bei sehr hohem Druck halten kann, und es würde Gewebe brauchen, das gegen plötzliches Einfrieren und dann Auftauen beständig ist.

Verwenden Sie die Joule-Thomson-Erweiterung

Ein reales Gas, das sich von einem höheren auf einen niedrigeren Druck ausdehnt, kühlt ab, wenn dieses Gas unter seiner Inversionstemperatur liegt. Die Inversionstemperaturen für N$_2$und o$_2$liegen beide über 600 K, wenn Sie also normale Luft aus einer komprimierten Tasche expandieren, wird sie gekühlt.

Bei der Joule-Thomson-Expansion ist die Temperaturänderungsrate bei Druckänderung gleich dem Joule-Thomson-Koeffizienten. Aus experimentellen Daten kann ein Temperatur-Druck-Diagramm erstellt werden, das als Inversionskurve bezeichnet wird. Ein Beispiel für viele Gase findet sich hier in einer technischen Mitteilung der NASA . Aus Abbildung 6a, der isenthalpischen Linie bei einer Enthalpie von 400 J/g folgend, können wir sehen, dass Stickstoffgas, beginnend bei 40 MPa und 280 K, expandiert auf atmosphärischen Druck (etwa 0,1 MPa), in der Temperatur auf etwa 240 K fallen wird, weit unter den Gefrierpunkt. Lassen Sie uns das leicht anpassen, sodass Sie ab Körpertemperatur ein Gas mit 260 K ausblasen können. oder etwa 8 F.

Nehmen wir an, Sie möchten einen ganzen Raum mit kalter Luft blasen. Ein 4m x 4m x 3m großer Raum hat ein Volumen von 48 m$^3$(sagen wir mal 50). Bei einem Druck von 40 MPa nimmt Ihr Raum voller Luft 0,125 m ein$^2$. Das ist immer noch viel Platz, den ein Außerirdischer intern speichern kann, da das ungefähr dem Volumen eines Menschen entspricht. Aber wenn Sie in der Lage wären, so viel Gas bei diesem Druck in einem inneren Organ zu speichern, könnten Sie einen Raum mit weit unter dem Gefrierpunkt liegender Luft blasen.

Ein paar Dinge zu beachten. Ein höherer Druck bringt Ihnen keinen Vorteil, da 40 MPa der maximale Inversionsdruck für Stickstoff ist. Oberhalb dieses Drucks führt die Ausdehnung eines Gases zu einer Erwärmung, nicht zu einer Abkühlung. Wenn Sie das Gas überhaupt erst kälter machen können, hilft Ihnen dies sehr, da bei Stickstoff der Kühleffekt bei niedrigeren Temperaturen stärker ausgeprägt ist. Wenn Sie bei 300 K beginnen, können Sie 40 K Kühlung erhalten. Wenn Sie bei 250 K beginnen, würden Sie eher eine Abkühlung von 60 K sehen.

Das heißt, wenn Sie einen endothermen Prozess aus einer der anderen Antworten verwenden, um die Temperatur Ihrer Druckluftorgel auf 250 K zu senken, bevor Sie sie ausstoßen, können Sie dann einen Raum voller Luft bei etwa 190 K ausblasen. kälter als die kältesten Temperaturen auf der Erde, kalt genug, um Kohlendioxid zu gefrieren. Dies wäre leicht kalt genug, um in einer Minute oder weniger Erfrierungen an freiliegenden Fingern und Ohren zu verursachen.

Sehen wir uns einige Methoden an.

Wir haben viel zu tun, wenn es um superkalte Dinge geht, die Sie auf Menschen sprühen können. Sie haben ein Gas erwähnt. Kalte Luft kann schädlich sein, aber wenn es um Materialien geht, werden sie im Allgemeinen nicht allzu stark beeinträchtigt. Am anderen Ende des Spektrums sind Feststoffe schwer auf Menschen zu sprühen und für ein Lebewesen eher undurchführbar. Flüssigkeiten sind sozusagen unser optimales „Geschoss“.

METHODE EINS: Dekompression (nicht sehr machbar, wird aber sehr kalt)

Um sich mit der Kühlung vertraut zu machen, schauen wir uns ... nun ... einen Kühlschrank an! Wie funktioniert es? Laienhaft ausgedrückt komprimiert es ein Gas und dekomprimiert es dann. Diese Dekompression bewirkt, dass die Temperatur des Gases schnell abfällt. Der Grund dafür ist, dass sich das Gas schnell ausdehnt; Diese Expansion ist schnell genug, dass die Energie im Gas gleich bleibt, aber das Volumen zunimmt, was bedeutet, dass die Energie pro fester Volumeneinheit insgesamt abnimmt. Sehen Sie sich diese StackExchange-Physikantwort auf die genaue Mechanik hinter dieser Kühlung an.

Mit diesem Wissen könnten wir anfangen, eine Kreatur zu bauen. Es würde eine rohrartige Struktur zum Transport von Gas/Flüssigkeit benötigen, die kältebeständig ist und einen angemessen hohen Druck aushalten kann. Es könnte vorverflüssigtes Gas in einer Art biologischem „Dewar“ speichern; Leider bin ich mir nicht ganz sicher, wie das funktionieren könnte), und wenn die Zeit gekommen ist, kann es kryogene Flüssigkeit durch eine mit Material ausgekleidete Öffnung speien, um den Rest des Organismus vor dem kryogenen Material zu schützen, das aus ihm selbst austritt.

Probleme bei dieser Methode bestehen darin, dass es für einen Organismus im Allgemeinen ziemlich schwierig ist, so kalte Materialien oder Materialien mit so hohem Druck zu speichern. Wir könnten versuchen, ein Gas mit hohem Schmelzpunkt zu verwenden, aber ein Freon-schießender Drache hat nicht die gleiche Note.

METHODE ZWEI: Endotherme Reaktionen (besser machbar, nicht so kalt wie schnell)

Um zu verstehen, wie diese Methode funktioniert, müssen wir tiefer in die Kälte eintauchen. Wenn etwas kalt ist, ist seine Energie niedrig. Endotherme Reaktionen sind Reaktionen, die Energie von außen aufnehmen. So können wir ein Material nehmen und eine endotherme Reaktion verwenden, um die darin enthaltene Wärmeenergie zu absorbieren, wodurch dieses Material "kühler" wird. So funktionieren Eisbeutel.

Die Kreatur könnte Chemikalien absondern, die sie in separaten Kammern speichert, die sie dann während einer Zeit der Not kombiniert, um einen kalten Matsch zu erzeugen. Dann stößt es diese Mischung in Richtung seines Ziels aus. Das erinnert ein wenig an einen Reverse-Bombardier-Käfer (der eine heiße Mischung statt einer kalten versprüht).

Probleme mit dieser Methode sind, dass sie nicht annähernd so kalt wird wie die vorherige Methode.

Vielleicht hat ein Organ im Kopf, wie eine Schlange einen Giftsack, der Stickstoff oder ein anderes natürlich vorkommendes Element in unterkühlte Flüssigkeit umwandelt. Es könnte dann die Flüssigkeit auf die Objekte spucken, die es einfrieren wollte.