木星大氣 可以漂浮潛艇嗎

譯/張桐

問：

假如有一艘潛艇開進木星大氣層，是否有某個點可供它漂浮？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：木星是氣態行星，但潛艇——正如詞源學指出的——需要在水下行動。

三相點是指在熱力學裡可使一種物質的三相（氣相、液相、固相）共存的一個溫度和壓強的數值。

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律。從某種意義上說，你抬頭看天，也就相當於從海底抬頭向上看，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的密度大於它本身的密度。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罷了。就拿沉船的過程來說，當水的密度越來越大，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，但還遠沒有到達海底。這裡安靜異常，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，漫無目的，永遠看不到可以停靠的港口，因為海里有水流，所以這些死船會載著那些已經變成骷髏的船員繼續他們的環球航行，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，持續了幾個世紀的那種漂浮狀態就會被殘骸砸入海底而濺起的雲霧般的泥沙徹底打破。」

我喜歡這篇文章，但這完全是錯的。船隻沉沒，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裡的沉船故事，而不是地球上的。）

根據理想氣體定律（譯註：其方程為pV=nRT。這個方程有4個變數：p是指理想氣體的壓強，V為理想氣體的體積，n表示氣體物質的量，而T則表示理想氣體的熱力學溫度；還有一個常量R，為理想氣體常數），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。當你潛入海里，越往深潛，壓力越大（水下每下降10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。

浮力取決於密度而不是壓力。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。處於這一層的潛艇，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，要想到達一個可以「漂浮」的位置，潛艇必須到達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，甚至構成潛艇的物質都會在高壓下發生改變，轉化為新的形式繼續存在。這一情景很難在實驗室中模擬，所以我們對物質在如此高壓下究竟如何表現還不是很了解。

另一方面，在海里，液體的密度保持相對穩定。這意味著在很大一個區間內，壓力都適合於潛艇漂浮。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對我們而言已經很難了。但實際上，這種量幾乎沒有什麼意義。

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。某種被設計為專門在海下運行的交通工具被稱作潛艇。氣態巨行星一詞中的「氣態」源於希臘語，意為空的、空虛的，所以，或許這個詞就暗示著，想讓某種飛船進入氣態巨行星的大氣，註定是一場空想。

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於車子。

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