Steigt die Temperatur in der Nähe der Mondoberfläche ziemlich schnell mit der Tiefe?

Ich habe Präsentationen über Lavaröhren auf dem Mond gehört, in denen die Temperaturen des sie umgebenden Bodens auf weit unter Null geschätzt wurden. Ein Artikel in den NASA Science News sagt Folgendes:

Sobald Sie bis auf 2 Meter unter die Mondoberfläche gelangen, bleibt die Temperatur ziemlich konstant, wahrscheinlich um die -30 bis -40 Grad C.

Aber diese Grafik der Messungen von Apollos 15 und 17 zeichnet ein ganz anderes Bild:

Temperaturen unter der Mondoberfläche von 250 bis 256 K

Das Obige stammt aus Ch. 3 des Lunar Sourcebook , Seite 12 von 34. Alle durchgeführten Messungen zeigten steigende Temperaturen mit einer Tiefe von etwa 1 o C pro Meter. Die größten bekannten Lavaröhren auf dem Mond haben Oberlichter, die Tiefen von 100 m offenbaren . Wenn man also diese Temperaturanstiegsrate nimmt, dann sollten die Böden solcher Röhren etwa 80 bis 100 ° C wärmer sein als die Temperatur nahe der Oberfläche, was bedeutet so etwas wie 60 oder 70 o C. Ich habe noch nie von solchen Zahlen gehört.

Gibt es bei diesen Röhren also einen Kühlmechanismus? Das hätte ich nicht gedacht, da ich in einem Vakuum bin und nur durch Lücken zur Oberfläche offen bin, die im Verhältnis zu ihrer vollen Größe wahrscheinlich sehr klein sind. Warum diese offensichtliche Diskrepanz?

So nah an der Oberfläche, wobei sowohl Strahlungskühlung als auch Sonneneinstrahlung ein wichtiger Faktor sind, würde ich diese Ergebnisse nicht auf nennenswerte Tiefen extrapolieren. Dafür braucht man tiefere Schächte.
@SF. Ja, aber sehen Sie, wie sich die Oberflächenschwankungen nur einen halben Meter unter der Oberfläche ausgleichen. Es ist allgemein anerkannt, dass Oberflächenwerte unterhalb dieses Punktes keinen Einfluss haben. Aus diesem Grund weist der Text des Diagramms darauf hin, dass der Gradient auf den internen Wärmefluss zurückzuführen ist.
Diese Studie bestätigt, dass der Temperaturgradient zumindest für die ersten 20 m gilt: adsabs.harvard.edu/full/1964SvA.....7..822K
@Hobbes Ich denke, da steckt mehr dahinter. Diese Referenz wurde 1964 vor den Apollo-Sonden veröffentlicht. Es enthält jedoch einen interessanten Hinweis darauf, dass der Grund für den hohen Temperaturgradienten in den letzten 20 m auf die geringe Wärmeleitfähigkeit zurückzuführen ist, die mit porösem Material verbunden ist. Um bei der ursprünglichen Frage zu bleiben: Es wäre interessant zu verstehen, ob neuere Messungen die Temperatur der Böden der Oberlichter abgebildet und gezeigt haben, dass sie sich in der Temperatur, abgesehen von Schatten, von der Hauptoberfläche unterscheiden.
@Puffin im Moment haben sie kein Instrument, das Wärmemessungen mit der erforderlichen Auflösung durchführen kann. Der LRO Diviner hat Pixel mit einem Durchmesser von etwa 250 m. Ich habe zwei der größten bekannten Gruben überprüft, die vielversprechenden in Mare Tranquilitatis und Mare Ingenii . Es gibt keinen Unterschied zur Umgebung, aber beide Oberlichter nehmen einen Bruchteil eines Pixels ein. Auf jeden Fall können die direkt zum Himmel offenen Bereiche ein schlechter Hinweis auf Temperaturen in Bereichen sein, die weit von solchen Öffnungen entfernt sind.
War die ursprüngliche Frage übrigens von dem Interesse inspiriert, die Wärme zur Unterstützung des Wohnens zu nutzen oder auf andere Weise Energie aus dem Temperaturunterschied zurückzugewinnen?
Eine Person in den Kommentaren unten auf meiner Interviewseite bei der Space Show wies auf die gezeigte Grafik als Beweis dafür, wonach ich gefragt habe, und ich hatte keine Verteidigung dafür, etwas anderes zu sagen, außer dass ich andere Zahlen gehört habe. Mein Hauptanliegen war, dass ich unterirdische Lebensräume unter der Annahme modelliert habe, dass die Temperaturregulierung passiv durch Formen und Ausgleichen des Wärmeflusses erreicht werden kann. Das funktioniert nur, wenn der Boden viel kühler ist als in einem Habitat. Also wollte ich nachsehen. Es gibt einfachere Wege, Energie zu erzeugen.
Die oben angegebenen Zahlen gelten nur für die sehr nahe Oberfläche. Eine Wärmebildkarte von Hadley Rille zeigte, dass es 800 Meter unter der Oberfläche immer noch -17 Grad hatte. Eine andere Sichtweise: Die Temperatur an der Kern-Mantel-Grenzfläche beträgt etwa 1400 Grad. Der Mantel ist durchschnittlich 1350 km dick. Wenn der Mantel eine einheitliche Zusammensetzung hätte, würden Sie daher einen thermischen Gradienten im Mantel von etwa 1 Grad pro km erwarten. Ich glaube, die Kruste hätte einen geringeren thermischen Gradienten, da sie weniger dicht und mit viel Hohlraum aufgebrochen ist.
Eine größere Determinante der Temperatur im Untergrund kann das Vorhandensein radioaktiver Materialien sein. Es gibt Hot Spots auf dem Mond, die mit radioaktiven Stoffen in Verbindung gebracht werden.

Antworten (1)

Nehmen Sie für einen Moment Ihre Änderung von 1 Grad/Meter an und extrapolieren Sie sie auf das Zentrum des Mondes. Der Radius des Mondes beträgt 1737 km, das wären also über eine Million Grad, was schlichtweg falsch ist! Die Kerntemperatur des Mondes wird laut dieser Frage auf etwa 1200-1800 K geschätzt. Daher vermute ich, dass 1 Grad/km ein viel realistischerer Temperaturanstieg wäre.

Was den Artikel betrifft, der eine konstante Temperatur angibt, vermute ich, dass dies einfach im Vergleich zur Oberfläche liegt, die mit der Tageszeit stark variiert.

Warum der Unterschied zu den Apollo-Messungen besteht, da bin ich mir wirklich nicht sicher. Ich würde erwarten, dass die Temperatur beim Graben sinkt, obwohl es einen gewissen Anstieg geben kann.

Alle Apollo-Missionen landeten am frühen Morgen Ortszeit. Ich vermute, dass die Temperatur tief im Inneren ziemlich konstant war. Die Oberfläche hatte jedoch ihre Wärme verloren und begann sich gerade erst zu erwärmen. Ich glaube, das Diagramm wollte nur den Gradienten zeigen und zeigte daher weder den Teil der schnellen Veränderung nahe der Oberfläche noch die Abflachung unter der Oberfläche.

Beachten Sie auch, dass die Apollo-Daten zeigen, dass die Temperatur in diesen Tiefen über viele verschiedene Regionen hinweg mehr oder weniger konstant ist und in dem Bereich liegt, den der Artikel von Science@NASA angibt.

EDIT: Nachdem ich mehr darüber nachgedacht habe, glaube ich zu verstehen, was los ist. Die oberen 50 cm werden weitgehend vom Tag/Nacht-Zyklus dominiert. Die nächsten paar Meter darunter werden in Richtung der natürlichen Innentemperatur von beispielsweise 100 m unter der Oberfläche tendieren (unbekannt aus aktuellen Daten). Die Temperatur kühlt ab, wenn Sie von dort aus steigen, aber ich vermute, dass sie einem exponentiellen Abfall folgen wird, dessen Beginn in den Daten von Apollo 17 zu sehen ist. Unterm Strich vermute ich, dass der Boden einer 100 m langen Lavaröhre wärmer als die aufgeführten Temperaturen wäre, aber wahrscheinlich immer noch unter dem Gefrierpunkt von Wasser liegen würde.

Der Gefrierpunkt von Wasser liegt bei 273 K in einer Atmosphäre. In einem Vakuum würde das ziemlich schnell sublimieren. Wenn Sie sich erinnern, sublimiert Wassereis in einem Vakuum mit einer ziemlich guten Rate, bis Sie auf etwa 90 Kelvin herunterkommen.
@HopDavid Sie haben Recht, dass Wasser bei einigermaßen kalten Temperaturen unter dem Gefrierpunkt im Vakuum sublimieren würde, aber in einer versiegelten Höhle würde es nicht im Vakuum bleiben. Westerdampf würde bis zu dem Punkt ansteigen, an dem das Gleichgewicht erreicht ist, dann würden Sie wahrscheinlich (glaube ich) einen großen Gefrierschrank mit einer Ansammlung von Reif auf allen Oberflächen und schließlich einer Sublimation des Reifs und einem Wiederaufbau des Reifs erhalten würde passieren einfach in einem endlosen Kreislauf, solange dem System genügend Wärme zugeführt wird, um es vor dem Abkühlen zu bewahren.
Steigt die Temperatur in der Nähe der Mondoberfläche ziemlich schnell mit der Tiefe?
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