Потечет ли вода, если протянуть сифон от океанов спутника Юпитера Европы до Земли?

Подробности

Обновлено 11.04.2020 17:47

«В Матрице твоё сознание меняется, но ты по-прежнему остаешься физиком...»

Неверие и сомнения отбрось — очисти свой мозг для осознания нестандартных вопросов!
Присоединяйтесь к научным размышлениям!

Серьезные ответы физика на абсурдные гипотетические вопросы, возникающие порой у взрослых и детей.
Глава из книги "А что, если...?".
Автор: Рэндалл Монро — физик и программист.

Ранее
Оглавление
Далее

"Что, если протянуть сифон от океанов Европы до Земли? Потечет ли вода? У нас тут просто есть затея продавать бутилированную воду с Европы." — Группа инженеров сервисов Google

Для начала даем справку:
Европа – шестой по счёту спутник Юпитера. Поверхность его представляет собой ледяную корку из водного льда толщиной от 10 до 30 км.
Под коркой льда – жидкий океан глубиной 20-30 км.
Ниже океана идёт толстый слой горных пород, а в центре планеты расположено металлическое ядро.

Начинаем ответ:
Ничего не получится, но идея годная.

Доберетесь до камня и льда — остановитесь.

Сифоны — классная штука. Благодаря гравитации можно, имея под рукой лишь простую трубку, перекачать воду даже вертикально: осушить бассейн, наполнить контейнер неудобной формы и вообще вляпаться в любые неприятности.

Я так и эдак пытался выкачать воду обратно. В результате на мою рыбку надет единственный носок, а она тому и рада.

На первый взгляд и не скажешь, но сифоны используют давление воздуха.
Давайте первым делом посмотрим, как они работают, а затем уж вернемся к Европе.

Согнем трубку, полную воды, и повернем ее концами к земле: гравитация потянет жидкость вниз. Если вода поддастся и потечет, в центре образуется вакуум, потому что воздуху там взяться неоткуда. У каждого столбика воды с одной стороны окажется вакуум, а с другой — воздух, под давлением которого вода вернется в трубку.

На самом деле ничего такого не происходит — давление воздуха изначально не даст вакууму образоваться. Вода просто останется в трубке — при условии идеального баланса, разумеется.

Если же в одном конце сифона уровень воды хоть немного ниже, жидкость там будет сопротивляться давлению воздуха сильнее. Такое нарушение баланса заставит воду вытечь из трубки с «тяжелой» стороны.

Чтобы перекачать откуда-нибудь воду через сифон, нужно просто подавать ее в трубку с верхнего конца. Поток не остановится, пока уровень воды с этой стороны выше другого конца трубки (из которого вода вытекает).

Если высота столба воды превысит 10 метров, воздушного давления не хватит для борьбы с его весом, и вода все же опустится с обеих сторон, ненадолго создав вакуум посередине. Именно поэтому здесь, на Земле, нельзя с помощью сифона перекачать воду через препятствие выше 10 метров. В Денвере давление воздуха ниже, так что там не выйдет дотянуться дальше 8,5 метров. А в вакууме, теоретически, сифоны вообще не работают.

На Европе от атмосферы одно название, так что сифон там почти бесполезен. К тому же, выкачать воду за пределы атмосферы невозможно в любом случае. Давление газового столба высотой в многие километры сравнимо лишь с напором 10-метрового столба воды, ведь вода намного плотнее. Жидкость под давлением менее плотного вещества никогда не поднимется выше этого вещества.

Пусть даже мы обеспечим значительное давление, выкачать воду с Европы непросто. Ее гравитация ниже земной, так что поднять что-то с поверхности легче, но усилие все же понадобится. Чтобы выбраться из европейского гравитационного колодца, нужно затратить столько же энергии, сколько и на покорение 209-километровой отметки на Земле (к сравнению, земной гравитационный колодец имеет глубину около 6379 километров — вот комикс для иллюстрации).

После гравитационного колодца Европы придется побороть колодец Юпитера, а он куда глубже. Дальше больше — воду нужно пустить по траектории, которая пересечется с земной. Энергозатраты всего этого предприятия равносильны подъему воды на 2500 километров на Земле:

Вот еще способ отправить воду на Землю: запустить ее с поверхности Европы со скоростью порядка 7 км/с. К счастью, Европа не обладает атмосферой, так что неэкономичные космические ракеты нам не понадобятся — для запуска достаточно чего-то наподобие пушки Гаусса.

Когда вода достигнет Земли, ее можно будет затормозить с помощью атмосферы, а отдельные бутылки — направить конкретным адресатам. Придется, конечно, попотеть над расчетом временных интервалов, зато в случае успеха это будет впечатляюще. К тому же, вы обойдете Amazon с их доставкой дронами.

Если отталкиваться от текущих тарифов на электроэнергию (в Москве), запуск одной бутылки обойдется примерно в 26 копеек. Конечно, электричество на Европе будет подороже, чем на Земле. Да и построить очистительный завод и цех по разливу в бутылки на юпитерианском спутнике будет, скажем мягко, недешево.

Подытожим: придется выставить просто космическую цену на бутылку, чтобы покрыть хотя бы эту часть затрат. А если в воде с Европы окажется необычный чужеродный патоген, вы и вовсе рискуете убить всех своих клиентов.

Можно подумать, что план совсем непрактичен, фантастичен и лишен какого-либо смысла.
Вода — она вода и есть.
Очищенная и пригодная для питья вода с Европы не особо отличается от любой земной. Хотя мы же поставляем воду с Фиджи по всей планете без особых на то причин.
Так что кто знает, может, при правильном маркетинге идея взлетит.

Источник: Europa Water Siphon, chtoes.li, CC BY-NC 2.5

Ранее
Оглавление
Далее