如果說在木衛二和地球的海洋之間裝上一支虹吸管會怎麼樣?木衛二的水可以流下來嗎?(我們想要拿來賣!)
一群谷歌搜索工程師
不會。但是我喜歡你們的主意!
虹吸是一個很有趣的現象。只要利用好重力,憑著一根管子你就可以讓水越過障礙物並到達的另一端。你可以利用虹吸來吸乾游泳池、給奇形怪狀的桶子裝水、或是惹出大麻煩[1]。
虹吸作用的產生,主要來自於氣壓的變化。在我們著手解決木衛二的問題前,不妨先複習一下虹吸的原理。
將一條管子裝滿水然後倒掛起來,裡頭的水就會受到重力吸引,從管子兩側流出來。因為沒有空氣能進去填補,當水真的開始往下流,管子中間就會形成真空。於是,兩側的水柱便形成了一邊真空,一邊空氣的情況,進而導致它們又會被推回管內。
但是事實上這種情況不會發生,因為氣壓會阻止真空的產生,然後水就一直留在管子裡面——如果兩側的水能完美平衡的話。
如果某一端的水位比另一端稍微低一點,這裡的水就會比另一邊產生更多向下的推力。兩側的受力不均會使得管子裡的水「傾斜到」水比較多的那一端。
為了使虹吸發揮作用,你需要在更高的一側不停的加水。只要加水側的水面比出水側的水面要高,虹吸作用就會持續下去。
當水柱高度超過34英呎[2][3]時,氣壓再也無法支撐水自身的重力,水就會從兩端流出並且產生一個短暫的真空[4]。也就是說,在地球上你無法使液體跨越34英呎的高度差。在氣壓比較低的丹佛,高度限制變成了28英呎。而理論上來說,在真空中虹吸作用根本無法進行。
木衛二沒有什麼大氣層,所以什麼東西都虹吸不了。但通常情況下你也不能把一顆行星上的水吸走就是了。由於水的密度比空氣大,幾英里高的空氣柱跟34英呎高的水柱所產生的壓力大小相去無幾。只要液體上方的物質比自己密度更低,你就不能利用這個物質產生的壓力來把底下的液體虹吸到更高一層[6]。
就算你有很多能量,把木衛二的水抽到地球上還是得費不少功夫的。木衛二的引力比地球低得多,理論上把上面的東西拿起來不用花多少力氣,但仍然很有難度。「脫離木衛二重力井」所需能量相當於「攀爬至地球表面209公里高處」。(地球的重力井大概是6379公里深,請參閱此漫畫的講解。)
當你把水運離木衛二之後,你還得把它們運離木星的重力井——這口井可是深得多呢!然後你還得計算好軌道,好讓這些水能投射到地球上。整個過程所消耗的能量,相當於你把地球上的水抬到2500公里的高處。
如果你能在木衛二上讓水以7km/s 的速度發射出去,水就能抵達地球。因為木衛二沒有大氣層,所以你不需要超沒效率的火箭幫忙爬升至太空,而是可以用更簡單的裝置,例如線圈炮,把水發射出去。
當水接近地球時,大氣層會減慢它的速度,然後你就可以把這些寶特瓶送給客戶了。快遞時間掌握確實會比較棘手,但是只要搞定之後一定超酷的啦!搞不好還能超越亞馬遜無人機運送,成為產業龍頭。
根據現階段電費費率,最低發射價格將會是每瓶50美分。當然了,在木衛二上發電不但比在地球上難[7],設立淨水廠和瓶裝流水線也是大問題呢。
經過這些分析,你的計畫可能聽起來既不現實又不可行,而且還毫無意義。水牽到木衛二上還是水,只要你能成功淨化,它跟地球上的水也沒什麼兩樣。不過話說回來,我們也會幹出把斐濟的水賣到全世界這種意義不明的事…所以誰知道呢?只要廣告打得好,說不定還是會有市場喔~
註釋
[1] 我對我的朋友們進行了一項調查,結果顯示以下地方進水是最討人厭的:調味料櫃、口香糖販賣機、茶葉盒、維他命藥罐、水彩盒、裡面裝著手機的一袋米、還沒開封的燕麥粥盒子、音樂用酒杯、冰雪旅館、獲獎的沙堡、人物公仔、關小精靈的籠子、火星土壤樣本、太空人專用脫水冰淇淋,以及遇水膨脹的救生艇。
[2] 就是10公尺。
[3] 也就是2隻長頸鹿。
[4] 隨著壓力降低水就會揮發成水蒸氣前去填補,所以你無法得到純真空。但是如果你用橄欖油(或是水銀)之類的液體結果就會比較接近了。
[5] 但實際上在真空中虹吸還是…一點點可行的。這是因為水的「黏性」會使得自己不要在中間斷開。
[6] 通常不同的物質會自行分層,密度大的沉在底下。但在地層中,有時候密度更大的岩石會跑到密度小的石油上面。這就是為什麼有時無需任何幫浦抽取,石油就會自行噴發出來。
[7] 除非你還能接一條超長的電線。
原文鏈結:Europa Water Siphon