زحل کمچگالتر از آب است؛ آیا امکان شناور ماندن آن بر روی آب وجود دارد؟
بهطور مرتب، یک حقیقت علمی در دنیای آنلاین منتشر میشود. یکی از این حقایق این است که در صورت قرارگیری سیاره بزرگ زحل در آب، قادر خواهد بود روی آن شناور بماند. اما آیا این ادعا کاملاً صحیح است؟ برای پاسخ به این سوال، لازم است که کمی درباره اصول شناوری و سیارات گازی آشنا شویم.
شناوری به نیرویی اشاره دارد که در یک سیال (که میتواند مایع یا گاز باشد) به تمامی اجسام موجود در آن اعمال میشود و این نیرویی رو به بالا است. منشأ این نیرو، تفاوت فشار در داخل سیال است: هرچه به عمق بیشتری برویم، فشار افزایش مییابد. بنابراین، فشار ناشی از نیروی متمایل به سمت پایین به جسم، کمتر از فشاری است که از زیر به آن وارد میشود و این تفاوت، نیرویی رو به بالا را ایجاد میکند.
«اصل ارشمیدس» بیان میکند که نیرویی که بر یک جسم غوطهور در سیال وارد میشود، معادل وزن سیالی است که آن جسم هنگام ورود به آب جابهجا کرده است.
زمانی که نیروی شناوری بیشتر از نیروی رو به پایین (که برابر با جرم جسم ضرب در شتاب گرانش است) باشد، جسم قادر خواهد بود روی سطح آب شناور بماند. با این حال، اجسامی که چگالی بیشتری نسبت به آب دارند، به زیر آب میروند تا زمانی که این دو نیرو با هم برابر شوند.
سیارات موجود در منظومه شمسی معمولاً چگالی بیشتری نسبت به آب دارند. چهار سیاره سنگی نزدیک خورشید، هستهای متراکم از آهن را دارا هستند؛ حتی اگر دیگر اجزای سنگیشان را در نظر نگیریم.
اما در مورد سیارات گازی داستان کمی متفاوت است. زحل و مشتری عمدتاً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شدهاند، که این دو عنصر به عنوان «سبکتر از هوا» شناخته میشوند. جالب است بدانید که با اینکه جرم مشتری ۳۱۸ برابر زمین است، چگالی متوسط آن کمتر از زمین است. چگالی مشتری تقریباً ۱٫۳۳ گرم بر سانتیمتر مکعب و چگالی زمین به حدود ۵٫۵ گرم بر سانتیمتر مکعب میرسد.
برای اینکه جسمی بتواند بر روی آب شناور بماند، چگالی آن باید از چگالی آب کمتر باشد.
اگرچه چگالی مشتری نسبتاً پایین است، اما هنوز برای شناوری آن بر روی آب کافی نیست. اما جالب اینجاست که زحل حتی از این هم کمچگالتر است.
طبق توضیح NASA، «زحل نیز به مانند مشتری، عمدتاً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است. در مرکز زحل یک هسته چگال از فلزاتی مثل آهن و نیکل وجود دارد که به واسطه موادی سنگی و ترکیبات دیگری که تحت دما و فشار بالا به حالت جامد درآمدهاند، محاصره شده است. این هسته با هیدروژن فلزی مایع در لایهای از هیدروژن مایع احاطه شده که ساختاری شبیه به هسته مشتری اما در ابعادی کوچکتر دارد.»
چگالی متوسط زحل حدود ۰٫۶۸۷۱ گرم بر سانتیمتر مکعب است. در عین حال، چگالی آب، بسته به دما و فشار، در فشار جو معادل حدود ۱ گرم بر سانتیمتر مکعب است.
به گفته NASA، «باور کردنش دشوار است، اما زحل تنها سیارهای در منظومه شمسی است که چگالی متوسط آن کمتر از آب است. این سیاره گازی عظیمالجثه میتواند بر روی آب یک وان شناور بماند، البته در صورتی که چنین وانی در اندازه بزرگ وجود داشته باشد.»
هرچند NASA بهعنوان یک مرجع معتبر در زمینه نجوم شناخته میشود، باید توجه کنیم که موضوع شناوری زحل در آب نباید بهطور افراطی جدی گرفته شود. در حالی که چگالی متوسط زحل کمتر از آب است، اما نمیتوان به سادگی یک وان بزرگ ساخت و زحل را همچون یک اردک پلاستیکی بر روی آن قرار داد. هدف NASA بیشتر تأکید بر میزان کمچگالی زحل است.
بیشتر بخوانید
همانطور که «رت آلین»، استاد فیزیک دانشگاه جنوب شرقی لوئیزیانا میگوید، اگر سطح آبی به اندازهای عظیم باشد که بتواند زحل را دربرگیرد، فشار در نقاط عمیق به قدری زیاد خواهد بود که آب دیگر نمیتواند در حالت مایع باقی بماند. به عبارت دیگر، فشار در آن عمق به حدی میرسد که ممکن است به شروع «همجوشی هستهای» منجر شود.
در نتیجه، شناوری زحل بر روی آب نهتنها عملی نیست، بلکه اساساً غیرممکن است. هر چند چگالی متوسط زحل کمتر از آب است، اما زحل ساختار محکم و سفتی مانند یک قایق ندارد. هیدروژن و هلیوم که بخش عمدهای از ترکیب زحل را تشکیل میدهند، بهوسیله گرانش در کنار هم نگه داشته شده و از هسته زحل حمایت میشود. گرچه این وضعیت برای پایدار ماندن زحل برای میلیاردها سال کافی است، اما اگر آن را در یک وان بزرگ رها کنیم، گازهای هیدروژن و هلیوم به سطح آمده و جو جدید وان را شکل خواهند داد. در همین حال، هسته زحل، که چگالتر از آب است و از جو جدید وان نیز سنگینتر میباشد، به سمت عمق وان پر از آب فرو خواهد رفت.
در پایان، باید گفت که: اگرچه زحل چگالی کمتری نسبت به زمین دارد و در نظریه، در صورت وجود یک پوسته سخت ممکن بود روی آب شناور بماند؛ اما در عمل این سیاره در مواجهه با چنین شرایطی از هم میپاشد و به اعماق دنیای آبی فرو میرود، حتی اگر بتوان چنین حجم آبی برای انجام این آزمایش عجیب پیدا کرد.
