Este es un problema complicado, pero si podemos hacer varias suposiciones, podemos de un orden de magnitud de la estimación que se debe abordar a su pregunta.
Fuente De Alimentación
En primer lugar, el sol es la fuente de energía/energía, y sabemos que su luminosidad es de ~ $3.846 \times 10^{26}$ W. por lo Tanto, la potencia por unidad de área, a diferentes distancias puede determinarse dividiendo este resultado por $4 \ \pi r^{2}$. Una unidad astronómica o AU ~$1.496 \times 10^{11}$ m, por lo tanto podemos afirmar que la energía solar por unidad de área es: a ~1 AU ~ 1380 W $m^{-2}$, en ~2.7 AU 190 W $m^{-2}$, y en ~5 AU ~ 55 W $m^{-2}$. Así que es nuestra fuente de energía.
Propiedades del Agua
Es difícil entender cómo el agua actúa en el (casi) vacío del espacio, ya que no podemos recrear los vacíos en la Tierra con las presiones de ninguna parte cerca tan bajos como los que se encuentran en el espacio. Típico de ram/dinámica de presiones en ~1 AU están en el orden de $10^{-9}$ Pa y térmica presiones están en el orden de $10^{-12}$ Pa. Así que vamos a ignorar este problema por el momento, pero ten en mente.
Uno puede buscar las propiedades del agua y encontrar los siguientes:
- Masa Molar: ~18.01528 g/mol
- El calor de vaporización a $0^{\circ}$ C: ~$45.054 \times 10^{3}$ J/mol
- La densidad de masa en $0^{\circ}$ C: ~999.8395 kg $m^{-3}$
El Balance De Energía
Hagamos las cosas de manera simple y asumir que el espacio es ~0 K y que nuestra hielo es un perfecto emisor y del absorbedor de energía (es decir, todos los flujos de energía incidente sobre el hielo es absorbida y radiaciones como un perfecto cuerpo negro)
Si consideramos una hoja de hielo ~1 $\mu m$ de espesor, con una superficie de 1 $m^{2}$, luego tenemos a ~$9.9984 \times 10^{-4}$ kg de hielo o ~0.0555 moles de hielo. Por lo tanto, se necesitaría ~2500 J de energía para vaporizar todo esto de hielo.
Sabemos que la potencia total radiada por un cuerpo negro perfecto es dada por:
$$
P_{rad} = \ \sigma \ \izquierdo( \Delta T \right)^{4}
$$
donde $A$ = área de emisión de cuerpo, $\sigma$ = constante de Stefan-Boltzmann, y $\Delta T$ = diferencia de temperatura (en grados Kelvin) entre la fuente de radiación y la absorción de los medios de comunicación.
Por lo tanto, nuestra hoja de hielo se iba a producir $P_{rad}$ ~ $1.6 \times 10^{-5}$ W. Ya que estábamos perezoso y eligió el hielo tiene una superficie de 1 $m^{2}$, entonces podemos decir que la potencia absorbida, $P_{abs}$, a partir de la radiación solar es: ~1380 W ~1 AU, ~190 W ~2.7 UA, y ~55 W a ~5 AU. Luego nos encontramos con el balance de energía sumando todas las fuentes de energía y los sumideros (Nota: me han hecho caso omiso de la conducción de calor y otras fuentes/sumideros de aquí, pero son generalmente va a ser insignificante en comparación con radiada fuentes y pérdidas.), o $P_{total}$ = $P_{abs}$ - $P_{rad}$.
Entonces nos encontramos con que $P_{total}$ = ~1380 W ~1 AU, ~190 W ~2.7 UA, y ~55 W a ~5 AU (desde $10^{-5}$ ~ 0 con respecto a los valores >10). Por lo tanto, haciendo caso omiso de otras fuentes/sumideros, vemos que el hielo habría sublimado/vaporizar con bastante rapidez (~1.8 s en ~1 AU, ~13 s ~2.7 UA, y ~46 s a ~AU 5) si estos supuestos a cabo.
Advertencias
- Los números de la línea de congelación es probable la verdad de la absorbencia y la emisividad de hielo de agua, que cambiaría $P_{abs}$ significativamente. Sabemos que el hielo refleja y/o transmite mucho del espectro visible (es decir, parece claro o blanco, dependiendo de las condiciones), que es el rango de frecuencia de la radiación solar. Por lo tanto, $P_{abs}$ debe ser inferior a los valores que estima superior (que supone el 100% de absorción). La emisividad de hielo de agua disminuiría $P_{rad}$, pero si la absorción disminuye el $P_{abs}$ suficiente para hacer la $P_{rad}$ relevante, no estoy seguro.
- Hice caso omiso de hielo pérdidas debido a la ablación de impactar partículas, ya sea cargada o neutral. En general, esta debe ser pequeña en comparación con otras pérdidas en pequeñas distancias desde el sol, pero puede llegar a ser dominante, más allá de Júpiter como el flujo solar gotas.
- Hice caso omiso de hielo pérdidas debido a la ionización así, pero, de nuevo, la tasa de ionización debe ser baja, excepto para las regiones cerca del sol. Por ionización, me refiero a que una molécula de agua se ionizan y ser expulsado del hielo sólido antes de someterse a la fase de transición a un estado gaseoso.
- Estoy seguro de que me han hecho caso omiso de otros temas también, pero mi respuesta es que se entiende como una mano que se agita, cálculo de orden de magnitud para ilustrar cómo estos números podrían venir.
