Ar Saturnas gali plūduriuoti vandenyje? Moksliniai faktai ir NASA teiginiai

Ar įsivaizdavote kada nors milžinišką dujų planetą Saturną, plūduriuojantį vandenyje lyg milžinišką kosminį balioną? NASA teigia, kad Saturno tankis yra mažesnis nei vandens, todėl teoriškai jis galėtų plūduriuoti. Bet ar tai tikrai įmanoma? Šiame straipsnyje nagrinėjame plūdrumo principus, Saturno sudėtį ir kodėl šis intriguojantis teiginys yra labiau mokslinė metafora nei realus eksperimentas.

Kas yra plūdrumas ir kaip jis veikia?

Norint suprasti, ar Saturnas galėtų plūduriuoti vandenyje, pirmiausia reikia išsiaiškinti, kas yra plūdrumas. Plūdrumas – tai jėga, veikianti objektą skystyje (ar tai būtų vanduo, ar net oras), kuri stumia objektą į viršų. Ši jėga atsiranda dėl slėgio skirtumo: skysčio slėgis yra didesnis objekto apačioje nei viršuje, todėl sukuriama aukštyn nukreipta jėga.

Archimedo principas teigia, kad kūnas, panardintas į skystį, patiria plūdrumo jėgą, lygią išstumto skysčio svoriui. Jei ši jėga yra didesnė už objekto svorį (masę, padaugintą iš gravitacijos jėgos), objektas plūduriuoja. Priešingu atveju jis skęsta, kol jėgos susibalansuoja.

Pavyzdžiui, medinis rąstas plūduriuoja vandenyje, nes jo tankis yra mažesnis nei vandens, o akmuo skęsta, nes jis tankesnis. Bet kaip tai susiję su planeta, tokia kaip Saturnas? Pasinerkime į dujų milžino sudėtį.

Saturno sudėtis ir tankis

Saturnas, kaip ir kitas dujų milžinas Jupiteris, daugiausia sudarytas iš vandenilio (apie 96 %) ir helio (apie 3 %), kurie yra lengvesni už orą. Šios dujos sudaro didžiąją planetos masės dalį, tačiau Saturno centre yra tankus branduolys, sudarytas iš metalų, tokių kaip geležis ir nikelis, apsuptas uolienų ir kitų junginių, sukietėjusių dėl milžiniško slėgio ir karščio, kaip aiškina NASA.

Saturno branduolį gaubia skysto metalinio vandenilio sluoksnis, o aplink jį – skysto vandenilio sluoksnis. Nors Saturnas yra 95 kartus masyvesnis už Žemę, jo vidutinis tankis yra stebėtinai mažas – tik 0,6871 g/cm³. Palyginimui, vandens tankis atmosferos slėgyje yra apie 1 g/cm³. Tai reiškia, kad Saturnas yra vienintelė Saulės sistemos planeta, kurios vidutinis tankis yra mažesnis už vandens, kaip pažymi NASA.

Ką reiškia NASA teiginys?

NASA teigia: „Saturnas galėtų plūduriuoti vandens vonioje, jei tokia milžiniška vonia egzistuotų.“ Šis teiginys skamba intriguojančiai, tačiau jo nereikėtų suprasti pažodžiui. NASA naudoja šią metaforą, kad pabrėžtų, koks neįprastai mažas yra Saturno tankis, palyginti su kitomis planetomis. Tačiau realybėje tokio eksperimento atlikti neįmanoma dėl kelių priežasčių.

Pirma, Saturnas nėra standi struktūra, kaip laivas ar medinis rąstas. Jo vandenilis ir helis laikomi kartu tik dėl planetos gravitacijos ir tankaus branduolio. Jei Saturną bandytume panardinti į vandenį, lengvosios dujos (vandenilis ir helis) pakiltų į paviršių ir taptų nauja „atmosera“, o tankus branduolys, kuris yra sunkesnis už vandenį, nuskęstų į vandens telkinio centrą. Taigi, planeta tiesiog subyrėtų, o ne plūduriuotų kaip vientisas objektas.

Antra, kaip pažymi fizikos profesorius Rhett Allain iš Southeastern Louisiana universiteto, vandens telkinys, pakankamai didelis Saturnui „priimti“, sukurtų tokį milžinišką slėgį apačioje, kad vanduo virstų ne skysčiu, o kieta būsena, arba net prasidėtų branduolinė sintezė, kaip aiškinama Wired. Taigi, net teoriškai tokio eksperimento atlikti neįmanoma.

Palyginimas su kitomis planetomis

Norint geriau suprasti Saturno unikalumą, verta palyginti jį su kitomis Saulės sistemos planetomis. Pavyzdžiui, Žemės vidutinis tankis yra apie 5,5 g/cm³, o Jupiterio – 1,33 g/cm³. Nors Jupiteris taip pat yra dujų milžinas, jo tankis vis dar per didelis, kad jis galėtų plūduriuoti vandenyje. Uolinės planetos, tokios kaip Merkurijus, Venera, Žemė ir Marsas, turi geležinius branduolius ir yra daug tankesnės už vandenį, todėl jos neabejotinai skęstų.

Saturno mažas tankis daro jį išskirtiniu, tačiau tai nereiškia, kad jis galėtų plūduriuoti kaip kietas objektas. Kaip pažymi Space.com, Saturno struktūra yra labai skirtinga nuo kietų kūnų, todėl plūdrumo analogija yra labiau mokslinis palyginimas nei praktinis scenarijus.

Kodėl šis teiginys taip žavi?

NASA teiginys apie Saturno plūdrumą yra puikus pavyzdys, kaip mokslas gali sužadinti vaizduotę. Idėja, kad milžiniška planeta galėtų plūduriuoti vandenyje, skamba kaip kažkas iš mokslinės fantastikos, tačiau ji paremta realiais fizikos principais. Šis teiginys taip pat padeda žmonėms lengviau suprasti, kokios skirtingos yra dujų milžinų savybės, palyginti su uolinėmis planetomis.

Be to, Saturnas yra viena gražiausių Saulės sistemos planetų dėl savo įspūdingų žiedų, kurie susideda iš ledo, dulkių ir uolienų dalelių. Šie žiedai daro Saturną dar paslaptingesniu ir patrauklesniu tyrimų objektu. Pavyzdžiui, NASA misija „Cassini“, kuri tyrinėjo Saturną 2004–2017 m., atskleidė daug naujos informacijos apie planetos atmosferą, žiedus ir palydovus, kaip aprašyta NASA Cassini misijos puslapyje.

Ar galėtume kada nors „patikrinti“ šį teiginį?

Nors idėja apie plūduriuojantį Saturną yra įdomi, realybėje tokio eksperimento atlikti neįmanoma. Net jei ir rastume vandens telkinį, pakankamai didelį Saturnui, planetos struktūra paprasčiausiai neišlaikytų savo formos. Be to, tokio masto vandens telkinys sukeltų fizikinius procesus, kurie pakeistų vandens būseną, todėl eksperimentas taptų neįmanomas.

Tačiau šis teiginys išlieka puikiu būdu mokslininkams paaiškinti sudėtingas sąvokas paprastai. Kaip pažymi Universe Today, Saturno mažas tankis yra viena iš priežasčių, kodėl jis yra toks unikalus tarp Saulės sistemos planetų. Ši savybė kartu su jo žiedais ir paslaptinga atmosfera daro Saturną vienu įdomiausių kosmoso objektų.

Ką tai reiškia ateities tyrimams?

Nors Saturno plūdrumo eksperimentas yra neįmanomas, mokslininkai toliau tyrinėja šią planetą, siekdami geriau suprasti jos sudėtį ir evoliuciją. Pavyzdžiui, būsimos misijos, tokios kaip planuojami NASA projektai, gali padėti daugiau sužinoti apie Saturno branduolio sudėtį ir atmosferos dinamiką. Be to, tyrimai apie dujų milžinus padeda mokslininkams geriau suprasti, kaip formavosi mūsų Saulės sistema ir kokios sąlygos galėjo egzistuoti kitose planetinėse sistemose.

Saturno tyrimai taip pat turi praktinę naudą. Pavyzdžiui, vandenilio ir helio elgsenos tyrimai ekstremaliomis sąlygomis gali padėti tobulinti technologijas Žemėje, įskaitant energijos gamybą ir medžiagų mokslą.

NASA teiginys, kad Saturnas galėtų plūduriuoti vandenyje, yra įdomus būdas pabrėžti šios planetos mažą tankį. Nors realybėje toks eksperimentas neįmanomas dėl planetos struktūros ir fizikinių apribojimų, šis palyginimas padeda mums geriau suprasti dujų milžinų prigimtį. Saturnas išlieka vienu įspūdingiausių Saulės sistemos objektų, žadinančių tiek mokslininkų, tiek visuomenės vaizduotę. Ar norėtumėte pamatyti šią planetą plūduriuojančią kosminėje „vonios“? Nors tai tik mokslinė fantazija, ji primena, kokia nuostabi ir paslaptinga yra mūsų visata.

Ieškokite daugiau apie Saturną