有人脑洞想派一艘潜艇前往木星液氢海洋探险,你怎么看?

有人提出:开个脑洞~把一艘核潜艇送入木星的液氢液氦海洋里能够航行起来吗?

这个脑洞虽大,但有点残缺。

这是一个完全不知道天高地厚常识的胡诌。这位朋友既然知道木星有液氢海洋,难道就不知道那上面的液氢怎么来的吗?迄今我没有看到木星上有液氦海洋的说法,因为液氦形成的条件更苛刻,一个大气压下相变温度为4.215K,木星的高温高压无法形成液氦,只会形成液态氢和金属氢。

在地球上,液氢是由氢气经过降温得到的液体,这个温度要降到什么程度呢?就是一个大气压下,降到20.37K以下,用摄氏度表示就是-252.78℃。这就是氢的沸点,也就是到了这个温度它就沸腾变成气态,低于这个温度就变成无色透明的液态。而氢的熔点是-259.1℃,也就是13.96K,到了这个温度就会变成雪花状固体。

即便是这样地球上获得的液态氢,有什么样的潜艇能够承受如此酷寒呢?

而且液态氢的密度为70.8kg/m^3,固体氢的密度为86kg/m^3。在地球上,潜艇是在水中航行的,水的密度为1000kg/m^3,是液态氢的14倍,才难够使船舶或潜艇浮起。如果在液氢中航行,要用什么材料制造这个潜艇才能够浮起来,并且能够承受零下259℃的低温呢?

泡沫塑料的密度为100~400kg/m^3,都要比液态氢密度大数倍,不过钢铁也比水密度大数倍,只要巧妙设计就可以浮起来。但有谁敢乘坐在泡沫塑料做成的潜艇里,在-259℃的低温里航行?要知道泡沫塑料最低耐受温度只是-80℃,而液氢的温度比这低三倍多。

木星上液氢形成方式与地球完全不一样。

液态氢在木星上是由于高温高压而形成的。

木星是一个而巨大气态行星,整个星球以气体为主。木星大气按分子量由约88~92%的氢,8~12%的氦组成,其中有少量的其他成分。按质量则约为75%的氢和24的氦%,还有约1%的甲烷、水蒸气、氨气等气体。

木星是太阳系最大的行星。在太阳系一共有八大行星,木星一颗的质量就是其他七大行星加起来的2.5倍,木星的半径有71492km,是地球的11倍多,体积是地球的1300多倍,质量是地球的318倍。

木星没有固态表面,只有一个比较小的岩石星核,这个核心一般认为体积约地球2倍,质量约地球10~15倍。体积增加1倍半径相当地球的1.26倍,也就是说这个核大约在8000km左右,而木星半径为71492千米,除了这个内核,上面还有63492km厚度的气体。

这63492km的木星气体分层结构是个啥样呢?

一般认为,在木星大气表面深入下去约5000km的厚度,是由气态相变成液态氢的过程。随着深入,大气密度会越来越大,压力和温度越来越高,气态就渐渐相变成液态氢。形成液态氢的压力就已经有几十万上百万个地球大气压力了,温度已经达到数千K到上万K。

液态氢的厚度大约有25000km厚,随着液态氢深度的增加,压力会越来越大,温度也来越高,液态氢就渐渐相变成了金属液态氢。虽说叫金属氢,但由于是在高温高压下形成的,因此这里的金属氢并非固态的,而是熔融稠密液态的,这里的温度已经高达10000K以上,压强达到360万个以上,比地球核心压力还要高。

金属氢层又叫木星的氢幔层,相当地球的地幔,这个氢幔层厚度约有33000km。这里的温度从1万K逐渐提高到2万多K,压力从几百万大气压,逐步加大到上亿个大气压。到了木星的岩石核心,温度达到30000K,是太阳表面温度的5倍,压力达到3亿个,是地球核心压力约100倍。在这样的特殊环境下,实际上木星核心也不是固态的,呈现出熔融的牛皮糖状或白蜡状,是一种既有柔韧性,又比钻石还要坚硬的奇怪物质,这种状态在地球上无法模拟做到。

潜艇到了木星的结局。

在木星这样极端环境下,如果真的有一艘潜艇到了那里,是一种什么样的结局呢?

首先,这艘潜艇在进入木星大气层后,要经历冰火两重天的考验。木星大气层表面温度为-148℃,这一点倒没什么,因为人类发射的航天器都要经过这种寒冷考验;但随着木星巨大引力的拉拽,这艘潜艇会坠落得越来越快,还等不到木星本身随着深度压力温度变化,就在与大气的摩擦中焚毁了。卡西尼探测器完成土星探测任务后,投身进土星大气层化为绚丽的火花,就是前车之鉴。

即便这艘潜艇是特殊材料制成,没被大气摩擦所焚毁,也无法承受越来越高的压力和温度,任何地球材料都无法承受液态氢层的高温高压,早就熔融成一滩液态杂物了,这滩杂物如果没有被液态氢搅散的话,肯定比液态氢密度大,因此会一直沉下去,沉到金属氢里面去,最终沉到了木星核上。

本来在极高温度下任何物质都会气化掉,但在木星深处的高温高压下,物质只能相变成液态而无法气化。

“潜艇”只能停留在木核上面。

木星核虽然是熔融状态,但密度比地球大多了,从地球体积两倍,却有地球质量10~15倍就可以看出,密度至少比地球大5~7倍,地球密度为5.5g/cm^3,5倍就是约30g/cm^3,这是铁的密度7.8g/cm^3的约4倍了,因此这滩杂物是不可能沉入木星核心了,只在核心上面的金属氢里面永远的荡漾。

或许这就是这艘潜艇的归宿,它依然在“潜”着,只是里面前往探险的人们已经成为粒子,与这艘“潜艇”融为一体了。

当然,这艘潜艇真的要进入木星大气层,还有很多考验等待着它,比如木星风暴和木星雷电,都比地球厉害很多倍,目前人类完全没有什么办法去应对。

因此在可预见的未来,木星是一个人类无法进入的地方。

科学考察的最深处,大概也就进入大气层百十千米,方法就是释放一艘有去无回的探测器,比如朱诺探测器,在完成木星各项探测任务后,就准备一头扎入木星大气层,利用没有被焚毁前的短短几分钟,获取一些木星大气表面稍深处的资料。

朱诺号的前辈伽利略号和卡西尼号已经做过这种尝试,它也将前赴后继。

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