Насколько плотной должна быть атмосфера, чтобы «плавать» в жидком океане на высоте 1000 футов?

Есть несколько пар жидкостей и газов, где газ более плотный, и поэтому жидкость будет плавать на нем... по крайней мере некоторое время, так как во многих случаях один растворяется в другом, что портит эффект!

Я знаю только одну пару, в которой газ не растворяется в жидкости, и в которой этот эффект фактически продемонстрирован практически (и в видео на YouTube, не меньше! Можете ли вы плавать жидкость на газе? ): сверхкритический ксенон и жидкий сплав NaK. (Технически сверхкритический ксенон на самом деле не является газом , но достаточно близко!) Это работает, потому что NaK — сверхлегкий металл с очень низкой температурой плавления, ксенон — очень тяжелый газ, ксенон не растворяется в NaK и не реагирует с ним. , и вы можете увеличить плотность сверхкритических жидкостей намного выше нормальной плотности жидкости, увеличив давление.

Эта пара существует при экстремально высоких давлениях, но при нормальных комфортных для человека температурах. А жидкий NaK и вправду зеркально блестит! К сожалению, все остальное в нем не особенно удобно для человека. Вероятно, в ксеноне можно растворить достаточное количество кислорода, чтобы им можно было дышать, но ксенон является мощным анестетиком — любой человек, пытающийся вдохнуть эту атмосферу, даже если он привыкнет к давлению, быстро потеряет сознание. Кроме того, кислород будетреагировать с NaK, который быстро все испортит. Вероятно, вам нужна сильно восстановительная атмосфера с водородом, смешанным с ксеноном, для поддержания зеркального слоя. Это может быть пригодно для дыхания какой-то формы жизни, но не людей! Водяной пар также будет реагировать со слоем NaK, поэтому вам понадобится альтернативный биорастворитель, не содержащий кислорода. (На мгновение я подумал, что смесь сверхкритического ксенона и сверхкритического CO2 в качестве биорастворителя может работать, но она, вероятно, будет реагировать с калием. Так что я не знаю... если вы не можете придумать восстанавливающий, не содержащий кислорода растворитель, который жидкость между -13°C и 785°C, в конце концов, это может быть просто безжизненная планета.)

У вас также есть проблема, откуда взялись необходимые планетарные количества ксенона, натрия и калия ... э, это сделали магратеанцы!

Позвольте мне продолжить комментарий @AlexP, потому что он совершенно прав. Вы не можете иметь жидкую воду, плавающую над любой атмосферой, независимо от давления, потому что LOX легче воды. Вода упадет, а LOX поднимется (а затем, вероятно, превратится в газ).

Но давайте рассмотрим эту идею немного по-другому...

Потому что идея суперская.

Водяной пар поднимается туда в виде облаков, вызывающих дождь. Возможно ли иметь плотную, но пригодную для дыхания атмосферу внизу, которая допускает очень высокую концентрацию водяного пара наверху? И может ли этот водяной пар быть достаточно плотным, чтобы позволить, за неимением лучшего примера, рыбу?

На данный момент я собираюсь полностью проигнорировать тот факт, что рыба проваливается сквозь водяной пар точно по той же причине, которую описал AlexP. Я также собираюсь проигнорировать то, что происходит с бедными лохами, когда они выплывают со дна пруда...

Теперь, полное откровение, я ни в коей мере не являюсь метеорологом или климатологом. Я официально вытаскиваю эту случайную цепочку едва связанных между собой мыслей из не особенно плотного воздуха. Вас предупредили.... (И если у вас возникнет искушение проголосовать против только потому, что моя наука отстает на мили, помните, что я получаю гораздо больше удовольствия, чем вы. Thbpptttt!)

Итак, вы не говорите нам, кто живет в вашем мире, так что давайте предположим, что некоторые люди приспособились к климату. Согласно Вики, земля состоит из 78 % азота, 20 % кислорода, 1 % аргона, 0,04 % CO2, кое-чего, о чем мы не заботимся, водяного пара от 0,001 до 5 % и 0,000179 % метана. Это 99,0412% нашей атмосферы, исключая то, о чем я не буду беспокоиться, и предполагая низкое содержание воды.

На самом деле нас убивает азот. Этот материал тонкий. Поэтому нам нужно уменьшить его примерно до 45%. Будет пахнуть и будет жарко сигналить, но нам все равно нужно испарить воду, верно? Давайте увеличим содержание метана до 2,5 %, кислорода до 45 %, аргона до 3 %, CO2 чуть-чуть до 0,05 % и увеличим содержание водяного пара до диапазона 2,5–7,5 %. Возьмите те элементы, о которых я не забочусь, и поднимите их соответствующим образом, чтобы заполнить пробел.

Кстати, вы должны помнить тот горячо гудящий комментарий...

Хорошо, у нас есть атмосфера, которая заставила бы Венеру гордиться, и эй, люди действительно могут привыкнуть впитывать ее. Это будет слишком похоже на жизнь в раздевалке вашего 7-го класса спортзала... разновидность.

Теперь... вот предположение, которое, скорее всего, заставит гораздо более ориентированных на науку среди нас кричать в ночи... сразу после того, как они нашли меня в темном переулке и выбили из меня все дерьмо. Но...

Нам нужно много «легкого» водяного пара. Это предполагает привязку его к чему-то, что поможет ему плавать.

• H ₃ O ₂ более плотный, чем вода, но имеет меньший объемный удельный вес, что позволяет предположить, что он может «плавать» в атмосфере в виде пара легче, чем H 2 _O. Он также скользкий (низкий коэффициент трения), что придавало бы большому его количеству несколько стеклянный вид, и он был бы скользким на ощупь (хорошо для рыбы!).

• Теперь давайте смешаем это с небольшим количеством аммиака. НЕ МНОГО! Этого достаточно, чтобы немного снизить плотность.

• Наконец, давайте подмешаем немного алкоголя! (YAY! Счастливая рыбка!) Быстрый поиск в Google указывает на этанол как на предпочтительную молекулу. Основываясь на том факте, что мои более распутные друзья в старшей школе на самом деле пережили старшую школу, я рискну и предположу, что человечество могло бы выдержать 25% этанола в водяном паре.

• И что-то совершенно волшебное, что связывает эти три элемента вместе, не утяжеляя их, как железо. Это я тоже полностью проигнорирую. Тбпптт!

Хорошо, я снова предполагаю, но скажем, 74% H ₃ O ₂ , 25% этанола и 1% аммиака. (И будем надеяться, что побои, которые я получаю, не сломают кости.)

Итак, во что я искренне верю (это очень сильное слово, здесь. Может быть, лучше было бы «желать»), что у нас есть пригодная для дыхания атмосфера с ярким, толстым слоем водяного пара над ней, который может быть достаточно толстым (благодаря жара!) для рыбы (ну... во всяком случае, летучей рыбы) для жизни. Существа, которые эволюционируют, чтобы полюбить этот слой, будут летать-плавать в нем, но очень маловероятно, что они когда-либо покинут его, поскольку их летающие способности победили. не поднять их в разреженных верхних слоях атмосферы, и их способность плавать не спасет их, когда они упадут на землю в нижних слоях атмосферы. Водородные мешки очень помогли бы. И я предполагаю, что из космоса планета выглядела бы как затянутое облаками зеркало. Если вы живете на поверхности, не ожидайте увидеть солнце в ближайшее время.

И будет ГОРЯЧО! ГОРЯЧО, ГОРЯЧО, ГОРЯЧО! Таким образом, вы можете не оказаться на гостеприимной планете.... Это было бы слабостью сюжетной линии, преодоление того, что может быть изнурительной жарой... Но, может быть.... Твари такой планеты были бы КРУТЫМИ! (никакой каламбур. ... ну, может быть, немного.)

Моей музой за этим была атмосфера Титана и многослойные атмосферы Юпитера и Сатурна. Которые совсем не такие, как я описал.

Вода слегка диамагнитна, что означает, что она будет отражать магнитное поле любой полярности. Одним из хорошо известных примеров этого является эксперимент с левитирующей лягушкой, в котором использовалось магнитное поле в 16 тесла:

Итак, если бы у вашей планеты было достаточно сильное магнитное поле, оно бы отталкивало воду. Магнитное поле Земли различается по силе в разных частях земного шара, поэтому локализованное сильное поле может позволить воде существовать на уровне земли в других местах.

Конечно, это оставляет открытым много вещей об источнике магнитного поля и стабильности ситуации. Для сравнения, у нейтронных звезд магнитное поле составляет 10 ¹¹ тесла, поэтому существуют естественные процессы, вызывающие очень сильные поля.

Жидкость над газом кажется довольно сложной задачей.

Газ над газом: самый плотный газ, который я могу найти, это перфторбутан C4F10 с молекулярной массой 238, поэтому при температуре и давлении он примерно в 7 раз плотнее воздуха. (Да, UCl6 плотнее, но имеет побочные эффекты)

Сохранение их несмешанными было бы проблемой, хотя они, вероятно, установили бы градиент.

Было бы интересно для воздушных кораблей. И если вы зайдете слишком глубоко, вы утонете.

Жидкость на жидкости. Это имеет то преимущество, что вы можете получить несмешивающиеся жидкости. Наверное, нужна вода для верхнего слоя. Перейдите к перфторпентану в приведенном выше, и вы получите жидкость, которая кипит при 28 C. Извержения удушающего газа, когда океан становится слишком теплым.

Течения и волны, когда у вас есть две жидкости с одинаковой плотностью, завораживают.

Я отвечу на вторую часть этого вопроса, потому что да, есть абсолютно более простые способы сделать это, чем с плавающим океаном. Явление, вызывающее этот зеркальный эффект, называется полным внутренним отражением . Это происходит, когда свет достигает границы между двумя веществами с разными показателями преломления. Когда это происходит, свет может либо проходить, либо отражаться, и часто представляет собой комбинацию того и другого. Это поведение регулируется законом Снеллиуса:

$$n_1 * sin(\theta_1) = n_2 * sin(\theta_2)$$ куда $n_1$а также $n_2$- показатели преломления материалов и $\theta$- углы падения. Для получения полного внутреннего отражения исходящий угол $\theta_2$должен быть 90 градусов или больше. Диаграмма ниже хорошо суммирует это, от Josell7 в Википедии:

Конечно, Джоселл работает с водой и воздухом, довольно типичный пример физики, но теория остается той же. Наша цель - изменить$n_1$а также$n_2$чтобы получить как можно больший угол отражения, тем самым увеличивая углы, имеющие полное внутреннее преломление.

Прежде чем я перейду к вариантам построения мира, я хочу указать на пару мест, где это уже происходит на Земле. Полное внутреннее отражение — не редкое явление, и любой, кто смотрел на поверхность под водой в бассейне, может сказать вам, что это происходит. Место, которое я хочу особо выделить, это миражи . Это случаи, когда слой горячего неплотного воздуха у поверхности просматривается сверху и с большого расстояния. Когда свет движется от неба к вашим глазам, он падает под таким малым углом, что небольшой разницы в плотности (которая обычно является косвенным показателем показателя преломления) достаточно, чтобы он отражался от слоя горячего воздуха и вернемся к нашим глазам. Для нас это выглядит как небольшой участок неба на земле вдалеке, поэтому их часто принимают за воду!

В отличие от попытки подвесить жидкость над газом, здесь с нами работает плотность. Мы хотим иметь очень плотный газ у земли и легкий газ прямо над ней. В качестве легкого газа лучше всего подходит гелий, потому что его показатель преломления равен 1,000035. По иронии судьбы, это контрпример к моему комментарию выше, где я сказал, что более плотные объекты обычно имеют более высокий показатель преломления, так как газообразный водород имеет RI 1,000132.

Если мы просто добавим слой газообразного гелия к нашей нынешней Земле, мы сможем найти критический угол с помощью этого уравнения, полученного из приведенного выше закона Снеллиуса:

$$\theta_{crit} = arcsin(\frac{n_2}{n_1})$$ что в нашем случае $$\theta_{crit} = arcsin(\frac{1.000035}{1.000292}) = 88.7$$ поэтому покрытие Земли слоем гелия сделало бы два градуса над горизонтом полностью отражающими. Прохладный! Давайте лучше.

К другим газам с высоким показателем преломления относятся такие неприятные вещества, как бензол и хлороформ. Однако эти газы нагревают нас только до 85 градусов. Самый плотный из известных нереакционноспособных газов не продвигает нас дальше. Так что газы на газах будет очень тяжело сделать.

Лучшее решение — это то, что уже существует в природе — заставьте ваших существ жить в океане, и критический угол подскочит до ~ 45 градусов, что является максимально возможным.

---

Обновление от людей из Chemistry :

Похоже, что для показателя преломления нет фундаментального предела, но он во многом зависит от температуры и давления. В одном ответе упоминалось, что показатель преломления газа достигает 1,029, что увеличивает наш критический угол до 75 градусов — наравне с идеализированным галоклином!