«Сатурн мог бы плавать в ванне, если бы такая колоссальная ванна могла бы существовать», — заявляет НАСА

Время от времени в интернете всплывает факт, что газовый гигант Сатурн будет плавать, если его поместить в воду. Но так ли это на самом деле? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно немного разобраться в плавучести и узнать кое-что о газовых гигантах.

Плавучесть — это направленная вверх сила, которая действует в текучей среде (любом текучем веществе, включая воздух) на все погружённые в неё тела. Эта сила возникает из-за того, что давление в среде растёт с увеличением глубины.

Давление на нижнюю часть объекта в текучей среде выше, чем на его верхнюю часть, что и создаёт выталкивающую силу. Закон Архимеда гласит, что на тело, погружённое или частично погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости или газа.

Если выталкивающая сила среды больше, чем направленная вниз сила тяжести объекта (его масса, умноженная на напряжённость гравитационного поля), то объект будет плавать. Объекты же, плотность которых больше плотности воды (на поверхности), будут тонуть до тех пор, пока силы не уравновесятся.

Планеты нашей Солнечной системы, как и следовало ожидать, в основном плотнее воды. Все четыре каменистые планеты, вращающиеся вокруг Солнца, имеют тяжёлое железное ядро, даже если не брать в расчёт, что они ещё и состоят из горных пород.

А что насчёт газовых гигантов? Здесь всё становится немного интереснее. И Юпитер, и Сатурн состоят в основном из водорода и гелия — газов, которые, как известно, легче воздуха. Фактически, несмотря на то что масса Юпитера в 318 раз превышает массу Земли, его общая средняя плотность ниже земной. Плотность Юпитера составляет около 1,33 г/см³, в то время как плотность Земли — около 5,5 г/см³.

Хотя это довольно низкий показатель, его недостаточно, чтобы планета могла плавать на воде. Но Сатурн ещё более разрежён.

«Как и Юпитер, Сатурн состоит в основном из водорода и гелия. В центре Сатурна находится плотное ядро из металлов, таких как железо и никель, окружённое каменистым материалом и другими соединениями, затвердевшими под действием огромного давления и высокой температуры, — объясняет НАСА. — Оно окутано жидким металлическим водородом, который, в свою очередь, находится внутри слоя жидкого водорода — похоже на ядро Юпитера, но значительно меньше».

Средняя плотность Сатурна составляет около 0,6871 г/см³. Плотность воды меняется в зависимости от температуры и давления, но при атмосферном давлении она составляет около 1 г/см³.

«Это трудно себе представить, но Сатурн — единственная планета в нашей Солнечной системе, средняя плотность которой меньше плотности воды, — добавили в НАСА. — Газовый гигант действительно мог бы плавать в ванне, если бы мы смогли найти такую большую ванну».

Хотя НАСА является авторитетом в подобных вопросах, данное утверждение не следует воспринимать слишком буквально. Пусть средняя плотность Сатурна и ниже плотности воды, это не означает, что мы могли бы построить гигантскую ванну и заставить его плавать в ней, как космическую резиновую уточку. Скорее всего, таким образом просто подчёркивается, насколько разрежён Сатурн.

Как объяснил Ретт Аллен, доцент физики в Юго-Восточном университете Луизианы, в статье для журнала Wired, если бы водоём был достаточно велик, чтобы удержать Сатурн, давление на дне стало бы слишком высоким для существования жидкой воды. Более того, этого давления было бы достаточно для запуска ядерного синтеза.

Итак, это крайне непрактично. Но может быть, хотя бы теоретически возможно? Увы, тоже нет. Хотя средняя плотность Сатурна ниже, чем у воды, он не является твёрдым телом вроде лодки. Водород и гелий, из которых в основном состоит Сатурн, удерживаются вместе силой его гравитации и поддерживаются ядром. Этого достаточно, чтобы Сатурн сохранял целостный вид на протяжении миллиардов лет. Но если бы вы попытались опустить его в гигантскую ванну, водород и гелий всплыли бы на поверхность, став новой атмосферой этой «ванны-планеты». А ядро Сатурна, которое плотнее и воды, и этой новой атмосферы, утонуло бы, опустившись к центру водного мира.

Короче говоря, хотя Сатурн и менее плотный, чем Земля, и мог бы плавать на воде, будь у него твёрдая оболочка, сохраняющая его целостность, в реальности планета была бы разорвана на части при погружении в этот водный мир — даже если бы вы смогли найти водоём, достаточно большой для проведения вашего коварного эксперимента.