[what if]第143期:欧罗巴大水管

提问:

如果我用水管把欧罗巴(木卫二)和地球上的海洋连起来会发生什么?海水会在两者之间流动吗?(我们打算出售瓶装欧罗巴水。)

——一群谷歌搜索运维工程师

回答:

不会,但我觉得你们的想法很有意思。

straw

(当吸管插到只剩岩石和冰的时候你们就该停了,不然吧唧吧唧的声音可讨厌了)

水管的设计非常简洁——你可以用它使水越过障碍物,所需要的仅仅是一根管子和地球的重力。你可以用水管来吸干游泳池里的水,填满奇形怪状的容器,也可以惹上各种麻烦。[1]

dresser

(无法理解一些人用水管把水弄到奇怪的地方,后果就是鱼儿在一只袜子里愉快地游来游去)

水管的虹吸作用靠的是气压,这一点你可能一下子无法理解。在回答欧罗巴这个问题之前,我们先来看看虹吸的原理是啥。

如果你用水装满一根水管,然后把水管的两头朝下,那么重力会向试图使水从两端落下。然而一旦水开始下落,在中间处就会形成一块真空区域,因为水管外边的空气没法进来。这样水管中的两根水柱的一头是大气,一头是真空,这意味着两根水柱会被挤回水管。

vacuum

(圣路易斯拱门的工程截面图)

事实上,水管中的水并不会分开,气压会阻止真空区域的形成,而水则会乖乖地呆在水管里,至少在平衡保证得足够好的时候是如此。

如果水柱的一端低于另一端,那么那一端下落的趋势就更强烈。由此产生的失衡会导致水柱“翻转”过来,并从水多的那一头流出。

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(详尽的令人惊奇的混合饮料原料的一部分)

要想利用虹吸原理吸水,你只需源源不断地在高处供水就行。只要出水口低于入水口,水就会不停地从高处流到低处。

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(出现真空啦!快填满它!填满它!——大自然)

如果水柱的高度超过了34英尺,[2][3]地球的大气就将无力支撑水柱的重量,在这种情况下水柱确实会分开下落,并在之间短暂形成一块真空区域。[4]这意味着在地球表面你无法将水泵过超过34英尺高的障碍物。在气压较低的丹佛,这个极限变成了28英尺。在真空情况下,理论上虹吸作用会完全失效。[5]

木卫二上几乎没有大气,因而虹吸基本起不了作用。不过别忘了一般而言你也无法把水吸出所在星球的大气层。大气中的空气柱有好几英里高,但其产生的压强仅仅相当于34英尺高的水柱,这是因为水的密度要大于空气的密度。只要顶上物体的密度低于它下面的液体,那么顶上产生的压力就不足以把水虹吸到高于顶上物体高度的地方。[6]

即使你能产生足够高的压强,要把水从欧罗巴表面泵出去还需要花点功夫。欧罗巴上的引力要小于地球,因而在欧罗巴表面提升物体所需要的能量要比在地球上少,但总的来说还是不容易。脱离欧罗巴引力势井所需要的能量相当于在地球表面重力环境下抬升209千米。(相比之下,地球的引力势井有大约6379千米深,详见这个漫画。)

脱离了欧罗巴的引力势井后并没有完,你还需要面对木星更深的引力势井,除此以外还要调整轨道使之能够抵达地球。从能量角度而言,要实行这个计划粗略相当于在地球引力环境下提升大约2500千米。

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(坎巴拉太空计划的玩家可以尝试优化一下这个任务的能量需求)

在欧罗巴表面只需大约每秒7千米的速度就能把欧罗巴水发射出去,而且由于欧罗巴没有大气,你甚至不需要用效率很低的化学火箭以进入太空。你可以用更简单的装置把水发射出去,比如轨道炮

当欧罗巴水抵达地球时,大气的制动作用能让它速度降下来,一瓶瓶的欧罗巴水还可以直接瞄准客户从天上落下来。当然了,要估算送达时间会有点困难,但如果你能准时送到的话那一定会是个大新闻,而且借此你还能轻松击败亚马逊的无人机送快递计划。

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(或许伊隆·马斯克能够帮上忙,不过你得多去求他几次)

按照现在的用电价格,发射一瓶水的费用能够低至50美分。哦对了,在欧罗巴上获取电力可能会比在地球上要昂贵 一些,[7]而且建立净化厂和灌装厂也不便宜哦。

总的来说,要想盈利,每瓶水的售价会高的吓人。而且如果恰巧欧罗巴水还含有某些奇异的病原体的话,你的所有客户可能都会死于非命。[8]

所以听起来你的这个计划完全不可行,简直是毫无意义。水就是水而已,当你把欧罗巴水净化成可以饮用的品质后,它就和地球上的水没什么区别了。不过等等,要知道全世界都有卖来自斐济的水呢,所以谁知道最后的结果会是什么样呢。也许只要广告打得好,没有什么是不可能的。

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(全世界都是你哒,除了欧罗巴、木卫三、木卫四、木卫一、海卫一、土卫二、冥卫一、火星、金星、水……(新信息1/139))

注释

[1] 我问了一些朋友他们最不希望看到别人用吸管把水吸到哪里去,他们的答案包括:放调味料的抽屉、扭糖机、茶包、瓶装维生素、水彩颜料、装有手机的米袋、刚开封的即食燕麦、调过音的音乐杯、冰雕旅馆、大奖级别的沙雕、小精灵盒子、火星土壤样本、脱水航天冰淇淋以及遇水就会自动充气的救生筏。

[2] 10米。

[3] 2只长颈鹿的高度。

[4] 然而随着压强的下降,水会蒸发并填满真空区域,因而实际上你无法通过这种方法产生真空区域。不过如果你改用橄榄油或者水银的话,气压能够降到更低一些。

[5] 实际上在真空情况下虹吸现象还是存在,不过非常细微,因为水的“粘性”会阻止它分裂成两根水柱。

[6] 多数情况下,不同液体混在一起会发生分层,密度较大的液体会沉在下面。但在地球内部,有时密度较大的岩石层会处于密度较小的油层的上方,这也是为什么当油井口破裂时,即使没有泵的帮助,地底的油也会喷出来。

[7] 或者从地球拉一根电线呗。

[8] 也许还会搭上其他所有人。

关于

原作:http://xkcd.com/

编译:猪的米

xkcd及衍生系列What if系列:https://songshuhui.net/archives/author/xkcd

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