木星大氣可以漂浮潛艇嗎

張桐

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

答：不會(huì)。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(shí)，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(gè)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(dòng)。

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(gè)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(gè)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(huì)停在一個(gè)點(diǎn)上不再下沉。這樣就在水下形成了一個(gè)失事船殘骸聚集層，這些殘骸會(huì)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)看不到可以停靠的港口，因?yàn)楹＠镉兴鳎赃@些死船會(huì)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(shí)船會(huì)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(gè)世紀(jì)的那種漂浮狀態(tài)就會(huì)被殘骸砸入海底而濺起的云霧般的泥沙徹底打破。”

我喜歡這篇文章，但這完全是錯(cuò)的。船只沉沒，一定是會(huì)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(diǎn)，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(gè)方程有4個(gè)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(gè)常量R，為理想氣體常數(shù)），壓力越大，氣體體積越小（即密度越大）。

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(gè)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(diǎn)，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(huì)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(gè)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(huì)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(shí)驗(yàn)室中模擬，所以我們對(duì)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(duì)穩(wěn)定。這意味著在很大一個(gè)區(qū)間內(nèi)，壓力都適合于潛艇漂浮。換句話說，正因?yàn)橐后w不遵循理想氣體定律，潛艇才可以正常運(yùn)行。

將水的體積壓縮至原來的1/2對(duì)我們而言已經(jīng)很難了。但實(shí)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(shí)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(yùn)行。某種被設(shè)計(jì)為專門在海下運(yùn)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(gè)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(chǎng)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。