آیا زحل واقعاً می‌تواند روی آب شناور بماند؟ بررسی یک ادعای علمی

مفهوم شناوری و اصل ارشمیدس

شناوری، نیرویی رو به بالاست که به هر جسمی در یک سیال (مایع یا گاز) وارد می‌شود. این نیرو از اختلاف فشار درون سیال ناشی می‌شود؛ هرچه عمق بیشتر باشد، فشار نیز افزایش می‌یابد. بنابراین، فشار واردشده از پایین به جسم بیشتر از فشار واردشده از بالا است که منجر به ایجاد نیروی رو به بالا می‌شود.

«اصل ارشمیدس» بیان می‌کند: نیروی واردشده بر هر جسمی که به‌طور کامل یا جزئی در سیال غوطه‌ور شده باشد، برابر با وزن سیالی است که آن جسم هنگام ورود خود جابه‌جا کرده است.

اگر نیروی شناوری سیال از نیروی رو به پایین (که برابر با جرم جسم ضرب‌در شتاب گرانش است) بیشتر باشد، جسم روی سیال شناور می‌ماند. در غیر این صورت، اجسامی که چگالی‌شان بیشتر از آب است، تا زمانی که این دو نیرو برابر شوند، در آب فرو می‌روند.

چگالی سیارات منظومه شمسی

سیارات منظومه شمسی عموماً چگال‌تر از آب هستند. چهار سیاره سنگی نزدیک به خورشید، همگی دارای هسته‌ای سنگین از آهن هستند.

مقایسه چگالی مشتری و زحل

سیارات گازی مانند مشتری و زحل عمدتاً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده‌اند که عناصری «سبک‌تر از هوا» محسوب می‌شوند. با وجود اینکه مشتری ۳۱۸ برابر زمین جرم دارد، چگالی متوسط کلی آن کمتر از زمین است:

• چگالی مشتری: حدود ۱٫۳۳ گرم بر سانتی‌متر مکعب
• چگالی زمین: حدود ۵٫۵ گرم بر سانتی‌متر مکعب

با این حال، چگالی مشتری هنوز برای شناور ماندن روی آب کافی نیست. اما زحل حتی کم‌چگال‌تر از مشتری است.

ساختار و چگالی زحل

ناسا توضیح می‌دهد که زحل نیز مانند مشتری، عمدتاً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است. در مرکز زحل، هسته‌ای چگال از فلزاتی مانند آهن و نیکل قرار دارد که با مواد سنگی و ترکیبات دیگر احاطه شده‌اند. این هسته توسط هیدروژن فلزی مایع و لایه‌ای از هیدروژن مایع احاطه شده است که ساختاری مشابه هسته مشتری، اما به‌مراتب کوچک‌تر دارد.

چگالی متوسط زحل: حدود ۰٫۶۸۷۱ گرم بر سانتی‌متر مکعب

در مقایسه، چگالی آب در فشار جو، حدود ۱ گرم بر سانتی‌متر مکعب است.

ناسا تأکید می‌کند: «باور کردنش سخت است، اما زحل تنها سیاره‌ی منظومه شمسی محسوب می‌شود که چگالی متوسطش کمتر از آب است. این سیاره‌ی گازی عظیم‌الجثه می‌تواند روی آب یک وان شناور بماند، البته اگر وانی به آن بزرگی وجود داشته باشد.»

واقعیت شناور ماندن زحل در آب

با وجود اینکه ناسا مرجع معتبری در زمینه نجوم است، نباید موضوع شناوری زحل در آب را بیش از حد تحت‌اللفظی برداشت کرد. درست است که چگالی متوسط زحل از آب کمتر است، اما امکان ساخت وانی به آن بزرگی برای شناور کردن زحل وجود ندارد.

همان‌طور که «رت آلین»، استاد فیزیک دانشگاه جنوب شرقی لوئیزیانا توضیح داده است، اگر پهنه‌ای آبی آن‌قدر بزرگ باشد که بتواند زحل را در خود جای دهد، فشار در بخش‌های پایین آن‌قدر زیاد خواهد بود که آب دیگر نمی‌تواند به شکل مایع باقی بماند و حتی ممکن است همجوشی هسته‌ای آغاز شود.

شناور کردن زحل روی آب نه‌تنها عملی نیست، بلکه اساساً غیرممکن است. زحل ساختاری صلب و سفت مانند یک قایق ندارد. هیدروژن و هلیومی که عمده‌ی ترکیب زحل را تشکیل می‌دهند، توسط گرانش در کنار هم نگه داشته شده‌اند و به وسیله‌ی هسته‌ی زحل پشتیبانی می‌شوند. اگر زحل در یک وان عظیم رها شود، گازهای هیدروژن و هلیوم به سطح آمده و به جوِ جدید وان تبدیل می‌شوند. در مقابل، هسته‌ی زحل، که چگال‌تر از آب و از جو جدید وان هم سنگین‌تر است، به سمت مرکز وان پر از آب فرو خواهد رفت.

در نهایت، اگرچه زحل چگالی کمتری نسبت به زمین دارد و در تئوری، اگر پوسته‌ای صلب آن را کنار هم نگه می‌داشت، می‌توانست روی آب شناور بماند؛ اما در عمل، سیاره در برخورد با چنین محیطی از هم پاشیده و در دنیای آبی فرو می‌رود؛ حتی اگر بتوان چنین حجم آبی را برای انجام این آزمایش عجیب پیدا کرد.