¿Hay algún lugar en el espacio entre la Tierra y el Sol donde una gota de agua sería líquida, incluso si fuera solo por un segundo?

El agua necesita una mezcla de temperatura y presión para ser líquida, puede encontrarla en ese estado en la superficie de la Tierra y hasta cierta altitud en la atmósfera. Se puede argumentar que dicho lugar está entre la Tierra y el Sol, dependiendo de su definición de lo que es la Tierra.

Para hablar sobre algún punto intermedio, en el vacío del espacio, usemos la siguiente imagen que describe el estado del agua dependiendo de la temperatura y la presión:


Admitamos que llevamos un contenedor a tal región del espacio que puede mantener el agua líquida en aproximadamente las mismas condiciones de temperatura y presión que tenemos en la tierra. Eso sería sobre dónde está esa “E” en la tabla.

Cuando lo liberas en el espacio, el agua sufre una caída repentina de presión que hace que hierva instantáneamente. A medida que las moléculas de agua se alejan unas de otras (aumentando el volumen), y dado que su energía total sigue siendo la misma, la temperatura cae drásticamente a casi 0, lo que hace que se congele de inmediato. Entonces, lo que ves es una nube de cristales congelados.

Si está haciendo esto lo suficientemente cerca del Sol, hasta el punto en que cada paquete de moléculas nunca llega a menos de 200K (porque cada molécula recibe energía de la radiación del Sol), en realidad nunca se congelarán, sino que seguirán siendo un gas . Dado que en un gas las moléculas se atraen muy poco entre sí, y dado que no hay nada en el espacio para mantenerlas juntas, simplemente se alejarán unas de otras hasta el punto en el que básicamente son moléculas individuales flotando, y en ese punto, temperatura y estado ya no son significativos.

En conclusión, no hay forma de lograr agua líquida con una presión inferior a aproximadamente 1 kPa como se ve en la tabla.

¡En las partes superiores de la atmósfera de Venus!

En esta página de Wikepedia, Tensión superficial, muestra una tabla con la presión dentro de una gota de agua de varios tamaños:


Como alguien más ya indicó, la presión debe estar por encima de aproximadamente 1 kPa para ser un líquido. Eso es alrededor de 0.01 atm. Por lo tanto, una gota más pequeña que aproximadamente 0,1 mm podría mantenerse unida por la tensión superficial durante un corto período de tiempo. Habría vaporización muy rápida en la superficie. Pensaré en esa parte del problema por un tiempo ahora.

Aquí hay una discusión sobre el cálculo de la tasa de vaporización de una gota de agua en el vacío:
¿Cómo calcular la velocidad de evaporación de un líquido?
Desafortunadamente, es una ecuación muy compleja, no un tiempo real.

Aquí hay otra referencia que describe mediciones experimentales de temperatura en función del tiempo para pequeñas gotas de agua inyectadas en el vacío: Página en berkeley.edu. Esta figura muestra que para una gota de 20,3 micras de diámetro, la gota se enfría rápidamente durante unos pocos milisegundos. Pero al menos sobrevive durante varios milisegundos. Una gota más grande duraría más. Pero parece que la vida sería bastante corta.

Un vistazo rápido al diagrama de fases del agua mostrará que el agua líquida no puede existir en equilibrio en el vacío. Es posible que tenga agua líquida fuera de equilibrio, eso significa que por un corto tiempo, antes de que la evaporación de la superficie resulte en la evaporación completa de la gota o se enfríe lo suficiente como para causar congelación. O puede tenerlo líquido en un recipiente, de modo que alcance el equilibrio con vapor propio a una presión a la que pueda existir agua líquida.

Casi cualquier lugar. El agua forma gotas de la tensión superficial; Esto debería suceder incluso en el vacío. Eventualmente se evaporarán, como pueden hacer las gotas de agua en la tierra, pero a menos que estén expuestos a mucho calor, esto llevará tiempo.