Miesiąc temu przeprowadziłem eksperyment mający potwierdzić lub zaprzeczyć, że przedmiot wystawiony na działanie światła księżycowego obniża swoją temperaturą. Eksperyment sprzed miesiąca co prawda potwierdził tę tezę, ale popełniłem tam błąd systematyczny, który podważył wiarygodność eksperymentu. Polegał on na tym, że zakrywałem końcówkę termometru przez co utrudniałem swobodną konwekcję ciepła. W tym miesiącu postanowiłem wyeliminować ten błąd. Przeczytałem w prognozie pogody, że w czasie pełni ma być silne zachmurzenie, a nawet opady więc z czwartku 23.08 na piątek 24.08 wybrałem się przeprowadzać badanie. Eksperyment ustawiłem jak na powyższym zdjęciu. Termometr leży w pudełku z niewysokimi ściankami, żeby końcówka była chroniona przed podmuchami powietrza, ale żeby światło Księżyca swobodnie nań padało. Dodatkowo ustawiłem osłonę przed podmuchami wiatru z niebieskiego kartonu (wiatru na szczęście nie było, ale słabe podmuchy mogły zaburzać pomiar). Do osłaniania końcówki termometru przed promieniami Księżyca użyłem płyty aluminiowej stawianej w pewnej odległości od termometru, żeby nie zaburzać ruchu konwekcyjnego powietrza. Płytę stawiałem przed termometrem, żeby osłonić go przed promieniami księżycowymi, lub za, aby oświetlić termometr. Płytę stawiałem w mniej więcej takiej samej odległości przed i za termometrem, żeby warunki ruchu powietrza były podobne. Termometr był ten sam co miesiąc temu - termometr DT - 11 firmy Termoprodukt mierzący temperaturę z dokładnością do pięciu setnych stopnia. Niestety, tej nocy były chmury na niebie i dodatkowo pojawiła się w tej okolicy mgła przez co pomiar był niewiarygodny.
ostanowiłem powtórzyć eksperyment w nocy z poniedziałku 27.08 na wtorek 28.08 w miejscu, gdzie mgła pojawia się rzadziej. Wybrałem miejsce w pobliżu blaszanego płotu, żeby bardziej stłumić poziomy ruch powietrza. Na szczęście wiatru nie było. Ustawienie eksperymentu było dokładnie takie samo jak na pierwszym zdjęciu. Dodatkowo użyłem aparatu fotograficznego na statywie, aby cały eksperyment sfilmować. Ustawienie aparatury badawczej pokazane jest na zdjęciu powyżej. Po prawej stronie jest płyta aluminiowa osłaniająca termometr od światła księżycowego. Eksperyment wyglądał następująco. Przez około 20 minut po ustawieniu aparatury czekałem w oddaleniu około 20 metrów, aż temperatura termometru się ustabilizuje. Termometr wystawiony był na światło księżycowe. Po upływie 20 minut zbliżyłem się do układu, włączyłem aparat fotograficzny w trybie filmowym i oddaliłem się na około 20 metrów od układu pomiarowego. Następnie po około 10 minutach podszedłem do układu i przestawiłem płytę aluminiową za układ pomiarowy (względem Księżyca). Czas, gdy termometr był zasłonięty, jak i gdy był odsłonięty przez aluminiową płytę wynosił około 10 minut. Zrobiłem dwa takie cykle, czyli czas eksperymentu wynosił około 40 minut.
Pomiar zacząłem, gdy termometr był odsłonięty. Jak można zobaczyć na filmie pod tym linkiem temperatura zaczęła rosnąć od 11,24 °C i następnie oscylowała pomiędzy 11,26°C do 11,30°C przez cały okres pomiaru. W momencie, gdy podszedłem do układu, żeby zasłonić go od światła Księżyca, temperatura wynosiła 11,26°C (odgłosy kroków i dźwięk przestawiania płyty słychać ok. 10 minuty i 30 sekundy filmu). Po zasłonięciu temperatura wyniosła 11,33°C. Następnie, gdy oddaliłem się, spadła do 11,24°C, co prawdopodobnie spowodowane było ruchem powietrza, a następnie oscylacyjnie wzrosła do 11,38°C pod koniec tego fragmentu pomiaru. Następnie odsłoniłem termometr (około 20 minuta 40 sekunda na filmie) i temperatura zaczęła spadać od 11,36°C do 10, 81°C na końcu tego fragmentu pomiaru (30 minuta 20 sekunda słychać kroki na filmie i odgłosy przestawiania płyty). Przestawiłem znowu płytę, aby zasłonić termometr i oddaliłem się. Płyta stała w tym samym miejscu, gdzie podczas pierwszego cyklu zasłaniania, ale zauważyłem, że Księżyc zdążył się przesunąć na niebie i płyta już go nie zasłaniała. Światło Księżyca padało na termometr. Jeśli byłby jakiś ruch powietrza ochładzający termometr, to tak jak w pierwszym cyklu płyta powinna go powstrzymać. Wtedy nastąpił wzrost temperatury, a teraz spadek. Temperatura obniżała się oscylacyjnie od 10,80°C do 9,88°C. Ostatni zarejestrowany pomiar to 10,05°C, gdy wyłączałem aparat fotograficzny. Wzrost temperatury spowodowała prawdopodobnie moja obecność w pobliżu zestawu badawczego. Postanowiłem powtórzyć pomiar. Zrobiłem drugi film, lecz bateria w aparacie wyczerpała się i udało mi się zarejestrować tylko jeden pełny cykl zasłonięcie - odsłonięcie. Film można zobaczyć pod tym linkiem. Ja widać na filmie przy zasłoniętym termometrze temperatura wzrosła z 10,08°C do 10,31°C. Po odsłonięciu spadła z 10,36°C do 9,83°C.
A jakie wnioski można wysnuć z eksperymentu?
Eksperyment ten sugeruje, że istnieje jakiś czynnik nie związany z konwekcją, jak usiłują niektórzy wytłumaczyć zjawisko oziębiania przedmiotów przez Księżyc, który powoduje ochłodzenie przedmiotów, gdy pada na nie światło Księżyca. Chyba, że znowu popełniłem jakiś błąd pomiarowy, który będę chciał znaleźć i wyeliminować w dalszych badaniach.
Widać, że czynnik chłodzący przychodzi od strony Księżyca. Aluminiowa płyta go powstrzymuje.
Więc co to może być?
Światło widzialne raczej nie ogrzewa, ani nie oziębia przedmiotów. Ale co z promieniowaniem podczerwonym?
Z Wikipedii wiemy:
"Podczerwień, promieniowanie podczerwone, IR (od ang. infrared) – promieniowanie elektromagnetyczne o długości fal między światłem widzialnym a falami radiowymi. Oznacza to zakres od 780 nanometrów do 1 milimetra.
Każde ciało o temperaturze większej od zera bezwzględnego emituje promieniowanie cieplne (zobacz ciało doskonale czarne). Już w temperaturze kilku kelwinów ciała emitują promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie dalekiej podczerwieni, ciała o temperaturze pokojowej emitują najwięcej promieniowania o długości fali rzędu 10 μm. Przedmioty o wyższej temperaturze emitują więcej promieniowania i o mniejszej długości, co pozwala na ich łatwe wykrycie."
A co wiemy o temperaturze Księżyca?
Portal encyklopedia.pwn.pl informuje nas:
"Temperatura powierzchni Księżyca zmienia się od +110°C w środku dnia księżycowego do −180°C w środku nocy;"
Domyślam się, że tak rozgrzewa się i oziębia tylko najbardziej zewnętrzna warstwa Księżyca do głębokość kilkudziesięciu, może kilkuset metrów. Całe wnętrze Księżyca posiada stałą średnią temperaturę około -35°C. Ze zdjęć powierzchni Księżyca wiemy, że ma ona kolor szary. Jak dalej informuje nas portal Encyklopedii PWN:
"Wnętrze globu Księżyca ma warstwową strukturę: niewielkie żelazne jądro, o promieniu ok. 340 km, otacza warstwa stopionych skał o grubości ok. 400 km, nad którą rozpościera się sztywny, skalisty płaszcz pokryty twardą skorupą, której średnia grubość wynosi 68 km. Powierzchnię Księżyca tworzą głównie skały bazaltowe pochodzenia wulkanicznego. Starsze obszary wyżynne są pokryte licznymi kraterami uderzeniowymi, a młodsze, stosunkowo gładkie, tzw. morza, stanowią prawdopodobnie pozostałości ogromnych basenów pochodzenia uderzeniowego, które zostały zalane płynną lawą. Występują także łańcuchy gór, o wysokości do 8 km. Większość powierzchni jest pokryta grubą warstwą regolitu."
Czyli cały Księżyca możemy potraktować jako ciało szare, które według Wikipedii definiujemy tak:
"ciało, które pochłania określoną współczynnikiem absorpcji część promieniowania padającego na to ciało bez względu na długość fali padającego promieniowania i temperaturę ciała".
Maksimum intensywności promieniowania ciała szarego (prawo przesunięć Wiena) określa identyczny wzór jak dla ciała doskonale czarnego, czyli im krótsza fala tym wyższa temperatura - odwrotna proporcjonalność.. Prawo Stefana - Boltzmana jest niemal identyczne z tym dla ciała doskonale czarnego, czyli moc emitowana przez jednostkę powierzchni jest proporcjonalna do czwartej potęgi temperatury. Dla temperatury -35°C, czyli 138,15 K długość fali wynosi 0,0012 cm, to jest 1,2 x 10-5 m, czyli najwięcej energii Księżyc promieniuje w postaci fali podczerwonej o tej długości.
Z codziennego doświadczenia wiemy, że jeśli mamy np. kawałek lodu, to nie musimy go dotykać, żeby wyczuć zimno. Wystarczy, że zbliżymy rękę. Jeśli rękę trzymamy obok lodu i czujemy jego chłód, to raczej nie jest to konwekcja, czy jakiś inny przepływ zimnego powietrza, ale wyczuwamy promieniowanie podczerwone obiektu o danej temperaturze. Czyli możemy postawić hipotezę, że czynnikiem chłodzącym termometr w opisanym powyżej eksperymencie jest promieniowanie podczerwone o długości 1,2 x 10-5 m odpowiadającej temperaturze -35°C. Jeśli hipoteza jest prawdziwa, to w innych fazach oprócz pełni, Księżyc również powinien oziębiać przedmioty. A nawet rezultat powinien być lepszy, bo będzie mniejszy zakłócający wpływ rozgrzanej księżycowej powierzchni. Najlepsze rezultaty powinny być w okolicy nowiu. Będę to sprawdzał w najbliższym czasie.
