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


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

«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

«Догадываюсь, к концу страницы ты чувствуешь себя Алисой, падающей в кроличью нору…»

Ранее
Оглавление
Далее