از میان هشت سیارهای که به دور خورشید میچرخند، اگر بتوانید آنها را به نحوی در آب بیندازید، هفت سیاره غرق خواهند شد. زحل غرق نمیشود. میانگین چگالی آن کمتر از چگالی آب است؛ این تنها سیاره در منظومه شمسی است که چنین ویژگی دارد. ناسا این پیامد را با عباراتی تعمداً طنزآمیز بیان میکند: این غول گازی «اگر چنین وان حمام عظیمی وجود داشت، میتوانست روی آب شناور بماند».
این تکجمله، از صفحه حقایق زحل خود ناسا، بار معنایی مهمی را به دوش میکشد. چگالی برابر است با جرم تقسیم بر حجم، و آب معیار سنجش آشنای ماست: مادهای که چگالتر از آب باشد در آن غرق میشود و مادهای که چگالی کمتری داشته باشد، شناور میماند. زحل، دومین سیاره بزرگ منظومه شمسی که نه برابر پهنتر از زمین است، به طور میانگین چگالی کمتری نسبت به آب شیر آشپزخانه شما دارد. بزرگترین جرم حلقهدار در آسمان، در مجموع، سبکتر از باران است.
چرا یک سیاره میتواند سبکتر از آب باشد
عددی که این امر را ممکن میسازد، از موادی نشأت میگیرد که زحل از آنها ساخته شده است. زحل نیز مانند مشتری، طبق توصیف ناسا، «توپ عظیمی است که عمدتاً از هیدروژن و هلیم تشکیل شده است»، یعنی دو عنصر از سبکترین عناصر موجود و همان دو عنصری که بخش اعظم خورشید را میسازند. زمین از سنگ و آهن است. زحل بیشتر از جنس ستارگان است که به جای فشرده شدن در سنگ، به صورت گاز و مایع در کنار هم نگه داشته شدهاند.
میانگین چگالی یک سیاره، کل جرم آن است که در کل حجمش توزیع شده است. زحل حجم عظیمی دارد و نسبت به این حجم، جرم خیلی زیادی ندارد. وقتی هیدروژن و هلیم را در گوی به پهنای بیش از ۱۲۰,۰۰۰ کیلومتر پخش کنید، میانگین آن کمتر از چگالی آب میشود. این مقایسه، سنجش هیچ نقطه واحدی در داخل سیاره نیست؛ بلکه ویژگی سیاره به عنوان یک کل واحد است.
این تمایز اهمیت دارد، زیرا زحل یکنواخت نیست. ناسا یک «هسته متراکم از فلزاتی مانند آهن و نیکل که توسط مواد صخرهای احاطه شده است» را توصیف میکند که در هیدروژن فلزی مایع و دوباره در هیدروژن مایع پیچیده شده است. مرکز سیاره به شدت فشرده است. لایههای بیرونی چیزی شبیه به یک اتمسفر غلیظ هستند. چگالی کمِ معروف زحل، میانگین هسته خردکننده و بخش بیرونیِ هوامانند آن است و این میانگین در سمت سبک این مرز قرار میگیرد.
تنها مورد در فهرست
داشتن چگالی کمتر از آب به معنای سبک بودن نیست و امری رایج نیز به شمار نمیرود. چهار سیاره درونی که زمین نیز در میان آنهاست، از سنگ و فلز ساخته شدهاند و در مقیاس چگالی، بسیار بالاتر از آب قرار دارند. زمین چگالترین سیاره در منظومه شمسی است. هر یک از این چهار سیاره سنگی را در دریایی به اندازه کافی بزرگ بیندازید، مستقیم به اعماق آن فرو میروند.
سیارههای غول گازی نمونههای جالبتوجهی هستند، چرا که زحل تنها سیارهای نیست که عمدتاً از هیدروژن و هلیم ساخته شده است؛ مشتری نیز همینگونه است. با این حال، مشتری باز هم در آب غرق خواهد شد. مشتری آنقدر پرجرمتر از زحل است که جاذبهاش، بخشهای داخلی آن را تا چگالی بالاتر از آب فشرده میکند، هرچند که از همان مواد اولیه سبک ساخته شده است. زحل که سبکتر و کمتر فشرده است، تنها سیارهای است که زیر این مرز قرار میگیرد. به همین دلیل است که ناسا آن را متمایز میکند: نه به این دلیل که فرمول ساخت آن منحصربهفرد است، بلکه به این خاطر که زحل تنها سیارهای است که در آن، این فرمول ساخت و آن نیروی جاذبه دست به دست هم میدهند تا بر آب غلبه کنند.
این یک نتیجه قطعی است و نه یک حالت حدی و مرزی. میانگین چگالی زحل تقریباً دوسوم چگالی آب است، بنابراین با فاصله زیاد و ایمن زیر خط مرز قرار میگیرد، اما نه به آن شکلی که یک چوبپنبه کاملاً بالا و خشک روی آب شناور میماند. این عنوانِ خبری حقیقت دارد و ارزشش را دارد که با همین دقت بیان شود، نه اینکه به یک شوخی یا شیرینکاری تبلیغاتی تبدیل گردد.
وان حمامی که هرگز نمیتواند وجود داشته باشد
تصویرِ غوطهور شدن زحل در یک وان حمام، یک ابزار آموزشی است، نه یک پیشبینی واقعی. ناسا دقیقاً به این دلیل به سراغ آن میرود که مضحک است، و این مضحک بودن خودِ اصل مطلب است: هیچ وان حمام، هیچ اقیانوس و هیچ ظرفی در جهان وجود ندارد که بتواند سیارهای به پهنای ۱۲۰,۵۰۰ کیلومتر را در خود جای دهد. این آزمایش فکری یک حقیقت واقعی یعنی «میانگین چگالی» را جدا میکند و هر چیز دیگری را نادیده میگیرد.
این فرض همچنین به طور ضمنی پنداشته است که زحل یکپارچه باقی میماند، در حالی که اینطور نخواهد بود. شناور بودن در مفهوم روزمره به معنای قرار گرفتن یک جسم جامد روی سطح یک مایع است. زحل هیچ سطح جامدی ندارد که روی آن قرار گیرد. این سیاره به عنوان یک غول گازی، به تعبیر ناسا، «عمدتاً از گازهای چرخان و مایعات در اعماق بیشتر» تشکیل شده است و هیچ مرزی ندارد که خط آب یک وان بتواند به آن فشار وارد کند.
گزیده سردبیر سطح اروپا بیش از حد تمیز است. در منظومه شمسی که پر از اجرام برخوردکننده است، یک ماه یخی باید برای میلیاردها سال زخمهای ناشی از برخورد را در خود جمع کند؛ با این حال اروپا تعداد بسیار کمی از آنها را دارد. سادهترین توضیح در عین حال عجیبترینِ آنهاست: سطحی که ما میبینیم جوان است و به طور مداوم توسط نیروهایی که از زیر یخها بالا میآیند، بازنویسی میشود.
بنابراین، نسخه صادقانه این ادعا محدود و مشخص است. میانگین چگالی زحل کمتر از آب است. این یک حقیقت اثباتشده است و واقعاً هم عجیب است. سیاره شناوری که در یک وان کیهانی غوطهور است، کاریکاتوری است که ناسا رسم میکند تا این حقیقت را در ذهنها ماندگار کند، و باید به آن به چشم یک کاریکاتور نگریست.
آنچه این موضوع اثبات میکند و آنچه اثبات نمیکند
آنچه عدد چگالی اثبات میکند، مربوط به ترکیبات سیاره است: زحل به طور مؤثری از عناصر سبک ساخته شده است و از نظر جرم نسبت به حجم، دنیای متراکمی محسوب نمیشود. اما آنچه این عدد اثبات نمیکند این است که زحل رفتاری شبیه به یک اردک پلاستیکی خواهد داشت. نیروی شناوری به آن شکلی که ما تجربه میکنیم، به یک مایع پایدار، یک ظرف و جسمی نیاز دارد که شکل خود را در برابر فشار سیال حفظ کند. هیچکدام از اینها در مقیاس سیارهای وجود ندارند و زحل نیز هیچیک از آنها را با خود به همراه ندارد.
نکته دومی نیز وجود دارد که شایان توجه است؛ واژه «میانگین» بار اصلی معنا را به دوش میکشد. مواد زیادی در داخل زحل وجود دارند که بسیار چگالتر از آب هستند، که شروع آنها از همان هسته آهن و نیکل است. اگر میتوانستید در مرکز این سیاره بایستید، هیچ چیز شناوری پیدا نمیکردید. این سیاره تنها به عنوان یک مفهوم انتزاعی شناور است، یعنی تنها زمانی که کل جرم و کل حجم آن به یک نسبت واحد تبدیل شوند.
همچنین باید در برابر این وسوسه که ترفند مذکور را بیش از حد تعمیم دهیم، مقاومت کرد. چگالی کمتر زحل نسبت به آب، آن را به معنای مرسوم کلمه «سبکوزن» نمیکند. جرم این سیاره ۹۵ برابر جرم زمین است. زحل تنها در حسابوکتاب خاصِ جرم در برابر حجم بسیار بزرگی که اشغال کرده سبک است، و آن هم تنها در مقایسه با مادهای یعنی آب، که به طور اتفاقی درست یک پله بالاتر از آن در مقیاس چگالی قرار گرفته است.
سیارهای که بیشترش آسمان است
اگر وان حمام را کنار بگذارید، حقیقتی که باقی میماند همچنان خیرهکننده است. دومین سیاره بزرگ منظومه شمسی، همان سیارهای که حلقههایش با تلسکوپهای خانگی قابل رویت است، به طور میانگین جرم کمتری نسبت به یک لیوان آب دارد. عظمت آن بیشتر ناشی از حجمش است. ماده تشکیلدهنده آن عمدتاً از سبکترین گازهای کیهان است که چیزی جز نیروی جاذبه خود سیاره، آنها را به شکل یک کره در نیاورده است.
ناسا این شوخی را حفظ میکند زیرا این شوخی حامل علم فیزیک است. خوانندهای که زحل را در حال شناور بودن تصور میکند، تقریباً به طور ناخودآگاه، مفهوم دقیقی را درباره ماهیت این سیاره درک کرده است: اینکه زحل دنیایی سنگینتر از دنیای ما نیست، بلکه دنیایی به مراتب خالیتر، وسیع، درخشان و به غایت رقیق است.
