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两千多年前中东地区沙漠制冰如何实现?

2018年7月10日     来源:网易科技     编辑:HuangJiang      
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你能够在沙漠中完成“同相转换(phase-altering)”,将水制造成冰块吗?

现今人们在电冰箱里冻结冰块是很容易的事情,即使在炎热的夏季,享受清爽的冰块并非难事。但是如果在两千年前,没有电冰箱等高耗电子设备,你能够在沙漠中完成“同相转换(phase-altering)”,将水制造成冰块吗?

在两千多年前,在地球上任何存在沙漠的地区,基于早期人类技术制造出冰块似乎是难以理解的事情。

在傍晚时分,波斯人和其他中东地区古代居民会将水倾倒在长而浅的石头水池里,其深度不超过1-2英尺深。第二天早上,他们返回水池前,会发现水已经结冰了。之后他们采集冰块,并将冰块存储在冰坑之中,冰坑结构非常独特,它具有中空、绝缘圆顶结构,下方有很深的地下洞,冰块可以储存在里面长达几个月时间。

你可能在想:好吧,这有什么大不了的?毕竟在寒冷的气候中,人们很容易复制这一过程,夜晚温度会低于冰点。但是令人惊奇的是,夜间沙漠温度很少低于冰点,然而古代中东人却成功地制造了冰块!

其中的秘密在于一种叫做“夜空冷却”过程,在干燥、无云的沙漠夜晚,沙漠表面裸露在广袤的寒冷夜空,热量可以很容易地从水之类的物质中向外释放,从大气层逃逸至太空。水释放如此多的热量,就可以形成冰,即使在5摄氏度的环境温度下。

美国宾夕法尼亚大学应用物理学家和工程师阿斯沃·拉曼(Aaswath Raman)教授解释称,2018年TED大会上科学家对于两千多年前人类如何在沙漠中制造冰块的过程进行了详细描述和解释:

“石头水池中的水就像多数自然物质一样,将热量散发出来。这是一种叫做热辐射的概念,大气层和大气分子吸收水池部分热量,再将热量散发出来……。但是这里有一个关键的事物需要理解,我们的大气层不能吸收所有热量,在特定波长下,特别是8-13微米之间,我们的大气层存在一种‘传输窗口(transmission window)’。它允许一些热量作为像红外线一样能够有效溢出,并带走水池中的热量,这样水池就能散发出更多的热量。”

目前,拉曼正在研制一种超材料,基于以上原理覆盖在建筑物、冷却系统和太阳能电池板上,这些材料实际上会在阳光照耀的日子里向太空辐射热量,从而大幅减少电力需求。

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