提問:
如果我用水管把歐羅巴(木衛(wèi)二)和地球上的海洋連起來會發(fā)生什么?海水會在兩者之間流動嗎?(我們打算出售瓶裝歐羅巴水。)
——一群谷歌搜索運(yùn)維工程師
回答:
不會,但我覺得你們的想法很有意思。
(當(dāng)吸管插到只剩巖石和冰的時(shí)候你們就該停了,不然吧唧吧唧的聲音可討厭了)
水管的設(shè)計(jì)非常簡潔——你可以用它使水越過障礙物,所需要的僅僅是一根管子和地球的重力。你可以用水管來吸干游泳池里的水,填滿奇形怪狀的容器,也可以惹上各種麻煩。[1]
(無法理解一些人用水管把水弄到奇怪的地方,后果就是魚兒在一只襪子里愉快地游來游去)
水管的虹吸作用靠的是氣壓,這一點(diǎn)你可能一下子無法理解。在回答歐羅巴這個(gè)問題之前,我們先來看看虹吸的原理是啥。
如果你用水裝滿一根水管,然后把水管的兩頭朝下,那么重力會向試圖使水從兩端落下。然而一旦水開始下落,在中間處就會形成一塊真空區(qū)域,因?yàn)樗芡膺叺目諝鉀]法進(jìn)來。這樣水管中的兩根水柱的一頭是大氣,一頭是真空,這意味著兩根水柱會被擠回水管。
(圣路易斯拱門的工程截面圖)
事實(shí)上,水管中的水并不會分開,氣壓會阻止真空區(qū)域的形成,而水則會乖乖地呆在水管里,至少在平衡保證得足夠好的時(shí)候是如此。
如果水柱的一端低于另一端,那么那一端下落的趨勢就更強(qiáng)烈。由此產(chǎn)生的失衡會導(dǎo)致水柱“翻轉(zhuǎn)”過來,并從水多的那一頭流出。
(詳盡的令人驚奇的混合飲料原料的一部分)
要想利用虹吸原理吸水,你只需源源不斷地在高處供水就行。只要出水口低于入水口,水就會不停地從高處流到低處。
(出現(xiàn)真空啦!快填滿它!填滿它!——大自然)
如果水柱的高度超過了34英尺,[2][3]地球的大氣就將無力支撐水柱的重量,在這種情況下水柱確實(shí)會分開下落,并在之間短暫形成一塊真空區(qū)域。[4]這意味著在地球表面你無法將水泵過超過34英尺高的障礙物。在氣壓較低的丹佛,這個(gè)極限變成了28英尺。在真空情況下,理論上虹吸作用會完全失效。[5]
木衛(wèi)二上幾乎沒有大氣,因而虹吸基本起不了作用。不過別忘了一般而言你也無法把水吸出所在星球的大氣層。大氣中的空氣柱有好幾英里高,但其產(chǎn)生的壓強(qiáng)僅僅相當(dāng)于34英尺高的水柱,這是因?yàn)樗拿芏纫笥诳諝獾拿芏取V灰斏衔矬w的密度低于它下面的液體,那么頂上產(chǎn)生的壓力就不足以把水虹吸到高于頂上物體高度的地方。[6]
即使你能產(chǎn)生足夠高的壓強(qiáng),要把水從歐羅巴表面泵出去還需要花點(diǎn)功夫。歐羅巴上的引力要小于地球,因而在歐羅巴表面提升物體所需要的能量要比在地球上少,但總的來說還是不容易。脫離歐羅巴引力勢井所需要的能量相當(dāng)于在地球表面重力環(huán)境下抬升209千米。(相比之下,地球的引力勢井有大約6379千米深,詳見這個(gè)漫畫。)
脫離了歐羅巴的引力勢井后并沒有完,你還需要面對木星更深的引力勢井,除此以外還要調(diào)整軌道使之能夠抵達(dá)地球。從能量角度而言,要實(shí)行這個(gè)計(jì)劃粗略相當(dāng)于在地球引力環(huán)境下提升大約2500千米。
(坎巴拉太空計(jì)劃的玩家可以嘗試優(yōu)化一下這個(gè)任務(wù)的能量需求)
在歐羅巴表面只需大約每秒7千米的速度就能把歐羅巴水發(fā)射出去,而且由于歐羅巴沒有大氣,你甚至不需要用效率很低的化學(xué)火箭以進(jìn)入太空。你可以用更簡單的裝置把水發(fā)射出去,比如軌道炮。
當(dāng)歐羅巴水抵達(dá)地球時(shí),大氣的制動作用能讓它速度降下來,一瓶瓶的歐羅巴水還可以直接瞄準(zhǔn)客戶從天上落下來。當(dāng)然了,要估算送達(dá)時(shí)間會有點(diǎn)困難,但如果你能準(zhǔn)時(shí)送到的話那一定會是個(gè)大新聞,而且借此你還能輕松擊敗亞馬遜的無人機(jī)送快遞計(jì)劃。
(或許伊隆·馬斯克能夠幫上忙,不過你得多去求他幾次)
按照現(xiàn)在的用電價(jià)格,發(fā)射一瓶水的費(fèi)用能夠低至50美分。哦對了,在歐羅巴上獲取電力可能會比在地球上要昂貴 一些,[7]而且建立凈化廠和灌裝廠也不便宜哦。
總的來說,要想盈利,每瓶水的售價(jià)會高的嚇人。而且如果恰巧歐羅巴水還含有某些奇異的病原體的話,你的所有客戶可能都會死于非命。[8]
所以聽起來你的這個(gè)計(jì)劃完全不可行,簡直是毫無意義。水就是水而已,當(dāng)你把歐羅巴水凈化成可以飲用的品質(zhì)后,它就和地球上的水沒什么區(qū)別了。不過等等,要知道全世界都有賣來自斐濟(jì)的水呢,所以誰知道最后的結(jié)果會是什么樣呢。也許只要廣告打得好,沒有什么是不可能的。
(全世界都是你噠,除了歐羅巴、木衛(wèi)三、木衛(wèi)四、木衛(wèi)一、海衛(wèi)一、土衛(wèi)二、冥衛(wèi)一、火星、金星、水……(新信息1/139))
[1] 我問了一些朋友他們最不希望看到別人用吸管把水吸到哪里去,他們的答案包括:放調(diào)味料的抽屜、扭糖機(jī)、茶包、瓶裝維生素、水彩顏料、裝有手機(jī)的米袋、剛開封的即食燕麥、調(diào)過音的音樂杯、冰雕旅館、大獎(jiǎng)級別的沙雕、小精靈盒子、火星土壤樣本、脫水航天冰淇淋以及遇水就會自動充氣的救生筏。
[2] 10米。
[3] 2只長頸鹿的高度。
[4] 然而隨著壓強(qiáng)的下降,水會蒸發(fā)并填滿真空區(qū)域,因而實(shí)際上你無法通過這種方法產(chǎn)生真空區(qū)域。不過如果你改用橄欖油或者水銀的話,氣壓能夠降到更低一些。
[5] 實(shí)際上在真空情況下虹吸現(xiàn)象還是存在,不過非常細(xì)微,因?yàn)樗摹罢承浴睍柚顾至殉蓛筛?/p>
[6] 多數(shù)情況下,不同液體混在一起會發(fā)生分層,密度較大的液體會沉在下面。但在地球內(nèi)部,有時(shí)密度較大的巖石層會處于密度較小的油層的上方,這也是為什么當(dāng)油井口破裂時(shí),即使沒有泵的幫助,地底的油也會噴出來。
[7] 或者從地球拉一根電線唄。
[8] 也許還會搭上其他所有人。