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        木星大氣可以漂浮潛艇嗎

        2016-02-01 00:11:17張桐
        飛碟探索 2016年1期
        關(guān)鍵詞:理想氣體氣態(tài)木星

        張桐

        問題:假如有一艘潛艇開進(jìn)木星大氣層,是否有某個點可供它漂???它能順利航行嗎?

        答:不會。木星的氣壓、密度以及溫度都與地球極其不同。在木星大氣中,當(dāng)某處的密度大到可以漂浮潛艇時,其氣壓將高到足以壓碎這艘潛艇(壓力足夠大才能保證其密度夠大),溫度也將高得足以熔化它。

        此外,還有一個問題:木星是氣態(tài)行星,但潛 艇——正如詞源學(xué)指出的——需要在水下行動。

        空氣和水是不同的,這是顯而易見的。但它們都是流體,因而有許多相似的規(guī)律。從某種意義上說,你抬頭看天,也就相當(dāng)于從海底抬頭向上看,只不過看到的是空氣之海。

        物體漂浮的必要條件是周圍物質(zhì)的密度大于它本身的密度。氣球飄浮在空中,船漂浮在水中都是這個原理。最近,特里·普拉切特寫了篇精彩的文章,就是有關(guān)這個的。這篇文章也是《郵局奇遇記》一書的序言:“從某些角度來看,水不過是空氣的潮濕形態(tài)罷了。就拿沉船的過程來說,當(dāng)水的密度越來越大,船最終會停在一個點上不再下沉。這樣就在水下形成了一個失事船殘骸聚集層,這些殘骸會漂浮在波濤起伏的海浪之下,但還遠(yuǎn)沒有到達(dá)海底。

        “這里安靜異常,死一般地安靜。

        “有些船配備有索具,有些甚至還有帆。許多船上還有船員。

        “但航行依然在繼續(xù),漫無目的,永遠(yuǎn)看不到可以??康母劭?,因為海里有水流,所以這些死船會載著那些已經(jīng)變成骷髏的船員繼續(xù)他們的環(huán)球航行,穿過沉沒了的城市,越過海底山脈,直到腐爛或是被蛆蟲吃盡,最終瓦解。

        “有時船會拋錨,陷入寒冷而黑暗的深海平原中。這樣一來,持續(xù)了幾個世紀(jì)的那種漂浮狀態(tài)就會被殘骸砸入海底而濺起的云霧般的泥沙徹底打破?!?/p>

        我喜歡這篇文章,但這完全是錯的。船只沉沒,一定是會完全沉到海底的。(從那篇文章接下來的部分來看,特里先生完全了解這一點,但此處,他描繪的是荒誕世界里的沉船故事,而不是地球上的。)

        根據(jù)理想氣體定律(譯注:其方程為pV=nRT。這個方程有4個變量:p 是指理想氣體的壓強(qiáng),V為理想氣體的體積,n 表示氣體物質(zhì)的量,而T則表示理想氣體的熱力學(xué)溫度;還有一個常量R,為理想氣體常數(shù)),壓力越大,氣體體積越?。疵芏仍酱螅?img alt="" src="https://cimg.fx361.com/images/2017/01/17/fdts201601fdts20160120-4-l.jpg" style="">

        另一方面,液體水很難壓縮。當(dāng)你潛入海里,越往深潛,壓力越大(水下每下降1 0米,增加1個大氣壓),但水的密度在水面與水下基本是沒有差別的。

        浮力取決于密度而不是壓力。木星大氣中存在與地球大氣壓大致相同的點,但其空氣的密度甚至不及地球空氣密度的十分之一。處于這一層的潛艇,只會飛快地向下跌落,跌速甚至比在地球大氣中還要快。

        在木星上,要想到達(dá)一個可以“漂浮”的位置,潛艇必須到達(dá)距木星中心一半的距離,此處的巨大壓力足以將空氣變成一鍋混湯,溫度比太陽表面還要高。此處壓力之高,足以壓碎潛艇,甚至構(gòu)成潛艇的物質(zhì)都會在高壓下發(fā)生改變,轉(zhuǎn)化為新的形式繼續(xù)存在。這一情景很難在實驗室中模擬,所以我們對物質(zhì)在如此高壓下究竟如何表現(xiàn)還不是很了解。

        另一方面,在海里,液體的密度保持相對穩(wěn)定。這意味著在很大一個區(qū)間內(nèi),壓力都適合于潛艇漂浮。換句話說,正因為液體不遵循理想氣體定律,潛艇才可以正常運行。

        將水的體積壓縮至原來的1/2對我們而言已經(jīng)很難了。但實際上,這種量幾乎沒有什么意義。

        在某種意義上,水和空氣間的相似性要比看上去的多得多,但在潛艇問題上,二者確實非常不同。

        當(dāng)然,這就將問題引回到潛艇這一名稱上了——它必須在水下運行。某種被設(shè)計為專門在海下運行的交通工具被稱作潛艇。氣態(tài)巨行星一詞中的“氣態(tài)”源于希臘語,意為空的、空虛的,所以,或許這個詞就暗示著,想讓某種飛船進(jìn)入氣態(tài)巨行星的大氣,注定是一場空想。

        我想起來了,這也意味著,不僅是潛艇,這一問題同樣也不適用于車子。

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