Das im Orbit durchgeführte Experiment beleuchtete die recht komplexen Prozesse, die in unserem irdischen Alltag hin und wieder ablaufen - der Fluss von Blut, Ketchup, Motoröl und Schlagsahne. Dazu mussten Wissenschaftler Daten aus den Computern des abgestürzten Shuttles Columbia bergen.
Lass uns zuerst ein kleines Experiment machen. Dazu benötigen Sie eine Dose Schlagsahne: Drücken Sie mehr auf einen Löffel und beobachten Sie genau. Wenn Sie vorsichtig genug waren, haben Sie bemerkt, dass die Creme wie eine Flüssigkeit aus der Flasche fließt und nach einer Weile, wenn sie auf den Löffel trifft, fast fest aussieht. Was ist mit Ihnen passiert? Denken Sie darüber nach, indem Sie sich Sahne in den Mund nehmen - im Namen der Wissenschaft.
Dies liegt an der Änderung der Viskosität des cremigen Schaums. Wenn sich ein Teil der Substanz (in diesem Fall Schaum) relativ zum Rest seiner Masse verschiebt, nimmt seine Viskosität ab (der Schaum "dünnt") und er wird flüssiger - bis die Bewegung aufhört. Ein ähnliches Phänomen, die Strukturviskosität, ist bei vielen Stoffen zu beobachten und bei Motoröl oder Blut viel wichtiger als bei unserem alltäglichen Experiment. Beispielsweise erhöht es den Verschleiß von Automotoren und ist in Motoröl unerwünscht. Aber bei Ketchup ist das Gegenteil der Fall: Es lässt Ihre Lieblingssauce aus der Flasche abtropfen, bleibt aber als „Folie“auf dem Gericht.
Trotz aller Routine sind die inneren Mechanismen dieses Prozesses noch immer nicht ganz klar. Seine Details beruhen auf intermolekularen Wechselwirkungen in der Flüssigkeit, und diese Wechselwirkungen können sehr, sehr komplex sein. Und selbst für die einfachsten Flüssigkeiten konnten die bestehenden Theorien in der Praxis nicht bestätigt werden. Bis vor kurzem: Das entsprechende Experiment wurde im Orbit durchgeführt.
Ein Projekt namens "Critical Viscosity Xenon-2" (CVX-2) fand auf dem Columbia-Shuttle statt, das 2003 aufgrund der Zerstörung der Isolierschicht beim Eintritt in die Atmosphäre starb. Glücklicherweise wurden die Festplatten von Bordcomputern unter seinen Trümmern gefunden – und sie erwiesen sich als intakt genug für die Wissenschaftler, mit Mühe, aber es gelang ihnen, die darauf gespeicherten Informationen wiederherzustellen.
Der Kern des CVX-2-Experiments bestand darin, die Änderung der Viskosität von Xenon zu untersuchen, einem Edelgas, das in der Industrie weit verbreitet ist. Im Gegensatz zu den meisten anderen Gasen besteht gasförmiges Xenon aus einatomigen Teilchen und kommt daher in seinen Eigenschaften näher an das "ideale Gas", das von der klassischen Thermodynamik betrachtet wird. Im Gegensatz zu derselben Creme, die aus einer komplexen Mischung großer organischer Moleküle besteht, ist es also viel einfacher, Xenon zu untersuchen.
Stimmt, unter normalen Bedingungen verändern solche „einfachen“Substanzen ihre Viskosität nicht. Aber alles ändert sich im Bereich des kritischen Punktes - einer speziellen Kombination von Temperatur- und Druckbedingungen, bei denen der Stoff sowohl die Eigenschaften einer Flüssigkeit als auch eines Gases aufweist. An diesem Punkt gleicht Xenon einem dichten Nebel, einer Mischung aus Mikroregionen mit etwas höherer oder geringerer Dichte. Diese Regionen bilden und zerfallen ständig wie blubbernder Schaum und schaffen in reinem und "einfachem" Xenon ähnliche Strukturverhältnisse wie komplexe Flüssigkeiten - wie etwa unser Blut.
Auf der Erde würde Xenon unter dem Einfluss seines Eigengewichts an einem kritischen Punkt schrumpfen: Unten wäre es dichter als näher an der Oberfläche. All dies führte dazu, dass das Experiment damit nur in Mikrogravitation, also im Orbit, durchgeführt werden konnte. In einem speziellen Testbehälter war es möglich, Bedingungen zu schaffen, unter denen Xenon nahe dem kritischen Punkt war, und es dann vorsichtig mit einem Miniaturspatel zu mischen. Indem sie maßen, wie stark die Flüssigkeit den Bewegungen des Schulterblatts „widerstand“, erhielten die Wissenschaftler Daten über ihre Viskosität.
Die erstmals gewonnenen Daten bestätigten in der Praxis einige Punkte bestehender Theorien, die den Prozess der Viskositätsänderung während des Fließens erklären. Warum wird das benötigt? Zum Beispiel, um in Zukunft qualitativ bessere Autoöle herzustellen. Nun, ob es möglich sein wird, Schlagsahne zu verbessern - die Wissenschaft weiß es immer noch nicht.
Übrigens ändern sich die viskosen Eigenschaften von Flüssigkeiten auch dann, wenn sie durch „Nanoröhren“fließen, was bekanntlich nicht weit ist. Lesen Sie, wann Wasser aufhört, Wasser zu sein: Nanovody.
