土星浮在水面（土星能否浮在水中）

当透过望远镜观测土星时，你会被它漂亮的光环深深吸引住，那耀眼夺目的光环像是一枚散发着美丽光芒的戒指，使土星成为群星中最美丽的一颗。

除了令人着迷的光环，土星还有另一特点：低密度。我们经常会在教科书和其他文章中看到，土星的密度较低，按照该密度值，土星似乎能漂浮在水中。真的是这样吗？如果这颗星球可以漂浮，那么需要多深的水呢？

土星的密度

首先，我们假设土星是一个正球体，现在就可以很容易地计算出它的密度。根据维基百科的数据，土星的质量为5.68×1026千克，半径约5.6×107米。根据球体计算公式V球=4/3πR3，可以得到正球体土星的体积；接着通过质量和体积的关系ρ=m/v，计算出它的密度约为772千克/立方米。

我们知道，水的密度是1000千克/立方米，根据计算结果，显然土星的密度是小于水的，所以土星会浮起。

对吗？不要忙着下结论。

需要多深的水呢？

我们先假设有一个由水覆盖的星球，且面积足够大，拥有非常多的水，而且其重力大小恒定，重力方向都可以看成是垂直向下的（因为星球足够大）。如果土星可以漂浮在这个水星球上，需要有多深的水？

根据物理学知识，假设土星漂浮在水中，则它的一部分将在水下。使用前面的土星密度，得到土星体积的77.2%将沉在水下。那么土星沉入水中的最深点到水面的距离是多少？我们可以看看下面这张图片。

现在我们需要得到深度h的值，也就是土星在水之下的深度。很明显，深度的值比土星的半径还要大。

因为土星沉在水下的体积占77.2%，那么球冠的体积（浮出水面的顶部）为整个球体土星体积的22.8%，已知土星的半径，我们可以计算出需要的水有7.7×107米深。这个数值是地球直径的6倍左右！你来想象一下，6个地球直径的水深有多少？

不太可能存在的水星球

假设土星周围确实有一颗巨大的水星球，对于土星来说，“水面”跟地球水杯中的水面一样足够平坦，土星是否能在水星球上浮起来？这样的水星球会是什么样的？这里画出了一张草图。

图中假设这颗水星球的内部是空心的（原因后面会讲到）。然而，根据这张草图的比例，可知水星球的半径将比土星的半径大8倍。依照这个数值，水星球的大小差不多和太阳一个等级了。

因为水星球都是水，水是氢和氧的结合体，你知道哪里有很多氢气？那就是我们太阳系的恒星——太阳，太阳也有大量的氢。以太阳的情况来推理的话，拥有氢的巨大水星球，其内核可能会发生核聚变。然而，如果水星球内部发生聚变，就会导致压力过大，物体就很难保持液体状态了，所以水星球的内部不可能是水，这也就是我们需要假设它是空心的原因了。

这样一颗水星球有可能存在吗？显然不太可能。因为水星球需要的水太多了，就算是把太阳系所有的水资源集合起来，也不无法满足它的需要。

被“毁灭”了的土星

让我们继续想象下去，假设水星球拥有很深的水，而且能维持水的液体状态。此时的土星（假设是静止的）会浮起来吗？答案仍旧是不会浮起来。

在地球上，如果你把一个乒乓球扔在装满水的水桶里，它就会浮起，因为乒乓球是一个刚性物体，但土星不是。土星外层的体积很大，充满了分子氢，内部则是一种密度更高的物质，也许是金属氢和岩石组成的核心，也可能是金属氢或岩石组成的核心。高密度物质之所以在星球的中心，那是因为引力的相互作用。

但是如果把非刚体的土星放在巨型水星球的水面上，会发生怎样一种情况呢？如果水星球的质量非常大，那么水星球的引力和土星的各种力综合作用的结果是：总引力的方向指向了水星球的中心。在这种情况下，土星所有的物质，特别是高密度的核心，也将被拉向水星球的中心。为了显示出土星的核心，我们把漂浮图改一下：

那么，都有哪些力量作用在土星的核心上呢？一方面，水星球的引力会将土星核心向下拉。但在另一边，土星大气层中的氢会将核心向上推，但因为氢不够密集，所以向上的力很小，因此土星核心将向水星球表面“下降”。而土星大气层中的氢将继续上升，很可能成为水星球大气中的一部分。

这样的变化之后，土星可能有点像一枚没有蛋壳的生鸡蛋。最后，土星的内核——一个巨大的金属氢和岩石组成的核心，或单独由金属氢或岩石组成的核心，掉在了水星球海洋的底部。此时，土星的大气层已经远离其内核，位于高空。最终结果就是，土星被分离了，它的面貌已经被彻底改变了，变得不再像原来的土星，甚至可以说它被水星球“毁灭”了。

当然，以上整个过程，我们都只是在假设。

本文源自大科技*科学之谜 2016年第10期杂志文章、欢迎广大读者关注我们大科技的hdkj1997