木星大气可以漂浮潜艇吗

张桐

问题：假如有一艘潜艇开进木星大气层，是否有某个点可供它漂浮？它能顺利航行吗？

答：不会。木星的气压、密度以及温度都与地球极其不同。在木星大气中，当某处的密度大到可以漂浮潜艇时，其气压将高到足以压碎这艘潜艇（压力足够大才能保证其密度够大），温度也将高得足以熔化它。

此外，还有一个问题：木星是气态行星，但潜 艇——正如词源学指出的——需要在水下行动。

空气和水是不同的，这是显而易见的。但它们都是流体，因而有许多相似的规律。从某种意义上说，你抬头看天，也就相当于从海底抬头向上看，只不过看到的是空气之海。

物体漂浮的必要条件是周围物质的密度大于它本身的密度。气球飘浮在空中，船漂浮在水中都是这个原理。最近，特里·普拉切特写了篇精彩的文章，就是有关这个的。这篇文章也是《邮局奇遇记》一书的序言：“从某些角度来看，水不过是空气的潮湿形态罢了。就拿沉船的过程来说，当水的密度越来越大，船最终会停在一个点上不再下沉。这样就在水下形成了一个失事船残骸聚集层，这些残骸会漂浮在波涛起伏的海浪之下，但还远没有到达海底。

“这里安静异常，死一般地安静。

“有些船配备有索具，有些甚至还有帆。许多船上还有船员。

“但航行依然在继续，漫无目的，永远看不到可以停靠的港口，因为海里有水流，所以这些死船会载着那些已经变成骷髅的船员继续他们的环球航行，穿过沉没了的城市，越过海底山脉，直到腐烂或是被蛆虫吃尽，最终瓦解。

“有时船会抛锚，陷入寒冷而黑暗的深海平原中。这样一来，持续了几个世纪的那种漂浮状态就会被残骸砸入海底而溅起的云雾般的泥沙彻底打破。”

我喜欢这篇文章，但这完全是错的。船只沉没，一定是会完全沉到海底的。（从那篇文章接下来的部分来看，特里先生完全了解这一点，但此处，他描绘的是荒诞世界里的沉船故事，而不是地球上的。）

根据理想气体定律（译注：其方程为pV=nRT。这个方程有4个变量：p 是指理想气体的压强，V为理想气体的体积，n 表示气体物质的量，而T则表示理想气体的热力学温度；还有一个常量R，为理想气体常数），压力越大，气体体积越小（即密度越大）。

另一方面，液体水很难压缩。当你潜入海里，越往深潜，压力越大（水下每下降1 0米，增加1个大气压），但水的密度在水面与水下基本是没有差别的。

浮力取决于密度而不是压力。木星大气中存在与地球大气压大致相同的点，但其空气的密度甚至不及地球空气密度的十分之一。处于这一层的潜艇，只会飞快地向下跌落，跌速甚至比在地球大气中还要快。

在木星上，要想到达一个可以“漂浮”的位置，潜艇必须到达距木星中心一半的距离，此处的巨大压力足以将空气变成一锅混汤，温度比太阳表面还要高。此处压力之高，足以压碎潜艇，甚至构成潜艇的物质都会在高压下发生改变，转化为新的形式继续存在。这一情景很难在实验室中模拟，所以我们对物质在如此高压下究竟如何表现还不是很了解。

另一方面，在海里，液体的密度保持相对稳定。这意味着在很大一个区间内，压力都适合于潜艇漂浮。换句话说，正因为液体不遵循理想气体定律，潜艇才可以正常运行。

将水的体积压缩至原来的1/2对我们而言已经很难了。但实际上，这种量几乎没有什么意义。

在某种意义上，水和空气间的相似性要比看上去的多得多，但在潜艇问题上，二者确实非常不同。

当然，这就将问题引回到潜艇这一名称上了——它必须在水下运行。某种被设计为专门在海下运行的交通工具被称作潜艇。气态巨行星一词中的“气态”源于希腊语，意为空的、空虚的，所以，或许这个词就暗示着，想让某种飞船进入气态巨行星的大气，注定是一场空想。

我想起来了，这也意味着，不仅是潜艇，这一问题同样也不适用于车子。