Laut mehreren Quellen wird der Hitzeschild von JWST voraussichtlich 85 ° C überschreiten. Die Durchschnittstemperatur der Erde beträgt nur 15 °C, also etwa 70 °C mehr bei etwa gleichem Sonnenabstand. Ich nehme an, der Grund dafür ist, dass aufeinanderfolgende Schichten des Hitzeschilds Wärme zurück in Richtung Schicht 1 reflektieren, anstatt sie durch das gesamte Raumfahrzeug diffundieren zu lassen, zusätzlich zu der Wärme, die von aktiven Komponenten auf dem Raumfahrzeug selbst erzeugt wird.
Das heißt, ich gehe davon aus, dass die angegebene Temperatur von 85 ° C die Tatsache widerspiegelt, dass die Sonnenseite eine Kombination aus Energiekollektor, Energiereflektor und Wärmestrahler ist (obwohl ich erkenne, dass der Schild auch dazu bestimmt ist, Wärme an den Seiten abzuleiten sowie). Keine der Quellen, die ich mir angesehen habe, sagt jedoch, dass dies tatsächlich der Fall ist. Kann jemand diese Theorie bestätigen oder eine korrekte Erklärung geben?
Auf einer grundlegendsten Ebene ist die Oberfläche einer Kugel das Vierfache ihrer scheinbaren beleuchteten Fläche, während die Oberfläche einer flachen Platte das Doppelte ihrer scheinbaren beleuchteten Fläche ist. Da die abgestrahlte Leistung die vierte Potenz der Temperatur ist, würde man erwarten, dass eine flache Platte eine um den Faktor der vierten Wurzel aus zwei höhere absolute Temperatur oder eine Temperatur von 70 ° C erreicht.
Die wirkliche Antwort ist natürlich viel komplexer. Weder die Erde noch JWST sind schwarze Körper. Die Temperatur hängt also nicht nur von der Geometrie ab, sondern auch vom Absorptionsvermögen/Emissionsvermögen der Oberflächen bei den verschiedenen relevanten Wellenlängen - vielleicht können andere Mitwirkende weitere Einzelheiten liefern?
Die akzeptierte Antwort ist in Bezug auf die Berechnung für ein flaches Blatt richtig, das auf einer Seite absorbiert, während es von beiden abstrahlt (Faktor von höher), beantwortet aber nicht wirklich die ursprüngliche Frage.
(Übrigens sind die Zahlen nicht ganz 70 °C oder 85 °C: Selbst wenn JWST in der gleichen Entfernung von der Sonne wie die Erde wäre und somit den gleichen Fluss erfahren würde, würde die Temperatur nur 331 K betragen, und an seiner Position bei wo der Sonnenfluss 97% beträgt (1317 Wm ) davon wären es auf der Erde 328K oder 55°C.)
Die Antwort berücksichtigt jedoch nicht, dass die erste Schicht des Schildes 90 % der einfallenden Sonnenstrahlung reflektiert. Aus diesem Grund wäre, wenn die Sonne die einzige Wärmequelle wäre, die heiße Seite von JWST bei 185 K kälter als die Erde, nicht heißer.
Die ursprüngliche Frage ist richtig, dass die zusätzliche Wärmequelle das Teleskop selbst ist (genauer gesagt der Bus des Raumfahrzeugs mit den Computern, der Elektronik usw.), und die Sonnenblende fungiert auch als Kühlsystem [1] und sammelt etwas Wärme Sonnenenergie.
Auch wenn das Gesamtleistungsbudget für JWST nur 2 kW [2] beträgt, reichen 10 % der einfallenden Sonnenstrahlung (200 kW insgesamt über die Fläche der Sonnenblende) nicht aus, um die Temperatur so stark zu erhöhen. Der Punkt ist, dass die Medienberichte (etwas) irreführend sind: Es ist nicht der gesamte Hitzeschild, der 85 ° C erreichen wird, sondern einige „Teile von Webb auf der heißen Seite“ [3], die dem Systembus am nächsten sind, und andere Komponenten wie die Heizkörper.
[1] https://webb.nasa.gov/content/observatory/sunshield.html
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Ng Ph