Подлодка на Юпитере

Что, если отправить подводную лодку в атмосферу Юпитера? Найдет ли она глубину, на которой сможет плавать? И удастся ли маневрировать?

— KTH

Неа! Кривые давления, плотности и температуры на Юпитере не такие, как у нас. В той точке, где плотность атмосферы позволит подлодке плыть, давление способно ее расплющить^[1],↲Что повысит ее плотность.↳ а температура — расплавить^[2].↲Что снизит ее маневренность.

Но есть и другая проблема: Юпитер — это газовый гигант, а субмаринам, как подсказывает этимология, место под водой.

Воздух — не вода. Это совершенно справедливо, но у них все же много общего. И воздух и вода «жидкие», и некоторые правила применимы к обоим. Когда вы смотрите в небо, то в каком-то смысле глядите со дна воздушного океана.

Объекты плавают, когда их плотность ниже, чем у окружающей жидкости. Так происходит и с воздушными шариками, и с лодками. Покойный Терри Пратчетт восхитительно написал об этом в прологе к своей книге «Опочтарение». Раз вода во многих отношениях есть ни что иное, как мокрая форма воздуха^[3],↲По мне, звучит разумно.↳ пишет он, затонувшие корабли погружаются до точки с плотностью настолько высокой, что дальше они не тонут. Этот слой образует подводную поверхность, на которой скапливаются и дрейфуют под волнами, но далеко ото дна останки кораблей:

Здесь царит покой. Мертвый покой.

У некоторых затонувших кораблей сохраняются снасти, а у некоторых даже паруса. У многих есть команда — запутавшиеся в снастях или привязанные к рулевому колесу моряки.

Благодаря подводным течениям, их путешествие все еще продолжается — без цели, без гавани плывут по миру мертвые корабли с командами из скелетов, над затонувшими городами и между подводными горами, до тех пор, пока корпус не рассыплется в прах от гнили и корабельных червей.

Иногда с них срывается якорь и падает на самое дно, в холодную тишину глубоководной равнины, тревожа покой столетий поднятым облачком ила.

Обожаю этот пассаж. А еще он совершенно неверен. Корабли идут к самому дну (сэр Терри знал это, как видно из продолжения текста, но он описывал поведение кораблей в Плоском мире, а не на Земле).

Воздух подчиняется закону идеального газа. Чем сильнее на него давишь, тем его объем меньше (ну а плотность — выше).

Воду же сжать практически невозможно. Если нырнуть в океан, давление будет повышаться с погружением (где-то на одну атмосферу каждые 10 метров), а вот плотность воды едва ли изменится до самого дна.

Плавучесть зависит от плотности, а не от давления. В атмосфере Юпитера есть точка, где давление лишь слегка превосходит одну земную атмосферу — это норма для подлодок, — но плотность газа там не составит и одной десятой плотности нашего воздуха. Субмарина упадет сквозь этот слой еще быстрее, чем падала бы сквозь воздух на Земле.

Лодка сможет «плавать» в Юпитере, только преодолев полпути к центру планеты, где мощное давление превращает воздух в металлический суп горячее поверхности Солнца. Это настолько высокое давление, что субмарину не просто сомнет — сами вещества, из которых она состояла, наверняка обретут формы новые и захватывающие. Такие условия сложно создать в лаборатории, так что мы мало знаем о поведении материалов под столь огромным давлением.

В море же плотность жидкости всюду относительно постоянна. Значит, подлодка может выбрать допустимый диапазон давления и плавать на соответствующей глубине. Другими словами, подводные лодки обязаны своим существованием воде, которая не подчиняется закону идеального газа.

Но есть еще один подвох: вода как бы все же подчиняется этому закону. Уравнения, описывающие поведение воды при нормальном давлении, схожи с уравнениями для газа под давлением примерно в двадцать тысяч атмосфер. В каком-то смысле именно поэтому вода кажется нам несжимаемой — она словно уже сжата настолько сильно, что лишние атмосфера-две едва ли что-то решают.

Выходит, что вода и воздух в чем-то более схожи, чем кажется. Но свойства, принципиальные для подводных лодок, и правда существенно отличаются.

Что, конечно, снова заставляет вспомнить о происхождении слова «субмарина»: она работает под «mare». Судно, построенное для работы под морем воздуха, называлось бы «субаэриной»^[4].↲Слово «газ» происходит от греческого «хаос» (χάος). Выходит, судно (греч. σκάφος, «скафос»), плывущее сквозь атмосферу газового гиганта, можно назвать «хаоскафом».

И это, если задуматься, идеально описывает автомобиль.