土星能否浮在水中？

當透過望遠鏡觀測土星時，你會被它漂亮的光環深深吸引住，那耀眼奪目的光環像是一枚散發著美麗光芒的戒指，使土星成為群星中最美麗的一顆。

除了令人著迷的光環，土星還有另一特點：低密度。我們經常會在教科書和其他文章中看到，土星的密度較低，按照該密度值，土星似乎能漂浮在水中。真的是這樣嗎？如果這顆星球可以漂浮，那麼需要多深的水呢？

土星的密度

首先，我們假設土星是一個正球體，現在就可以很容易地計算出它的密度。根據維基百科的數據，土星的質量為5.68×1026千克，半徑約5.6×107米。根據球體計算公式V球=4/3πR3，可以得到正球體土星的體積；接著通過質量和體積的關係ρ=m/v，計算出它的密度約為772千克/立方米。

我們知道，水的密度是1000千克/立方米，根據計算結果，顯然土星的密度是小於水的，所以土星會浮起。

對嗎？不要忙著下結論。

需要多深的水呢？

我們先假設有一個由水覆蓋的星球，且面積足夠大，擁有非常多的水，而且其重力大小恆定，重力方向都可以看成是垂直向下的（因為星球足夠大）。如果土星可以漂浮在這個水星球上，需要有多深的水？

根據物理學知識，假設土星漂浮在水中，則它的一部分將在水下。使用前面的土星密度，得到土星體積的77.2%將沉在水下。那麼土星沉入水中的最深點到水面的距離是多少？我們可以看看下面這張圖片。

現在我們需要得到深度h的值，也就是土星在水之下的深度。很明顯，深度的值比土星的半徑還要大。

因為土星沉在水下的體積佔77.2%，那麼球冠的體積（浮出水面的頂部）為整個球體土星體積的22.8%，已知土星的半徑，我們可以計算出需要的水有7.7×107米深。這個數值是地球直徑的6倍左右！你來想像一下，6個地球直徑的水深有多少？

不太可能存在的水星球

假設土星周圍確實有一顆巨大的水星球，對於土星來說，「水面」跟地球水杯中的水面一樣足夠平坦，土星是否能在水星球上浮起來？這樣的水星球會是什麼樣的？這裡畫出了一張草圖。

圖中假設這顆水星球的內部是空心的（原因後面會講到）。然而，根據這張草圖的比例，可知水星球的半徑將比土星的半徑大8倍。依照這個數值，水星球的大小差不多和太陽一個等級了。

因為水星球都是水，水是氫和氧的結合體，你知道哪裡有很多氫氣？那就是我們太陽系的恆星——太陽，太陽也有大量的氫。以太陽的情況來推理的話，擁有氫的巨大水星球，其內核可能會發生核聚變。然而，如果水星球內部發生聚變，就會導致壓力過大，物體就很難保持液體狀態了，所以水星球的內部不可能是水，這也就是我們需要假設它是空心的原因了。

這樣一顆水星球有可能存在嗎？顯然不太可能。因為水星球需要的水太多了，就算是把太陽系所有的水資源集合起來，也不無法滿足它的需要。

被「毀滅」了的土星

讓我們繼續想像下去，假設水星球擁有很深的水，而且能維持水的液體狀態。此時的土星（假設是靜止的）會浮起來嗎？答案仍舊是不會浮起來。

在地球上，如果你把一個乒乓球扔在裝滿水的水桶里，它就會浮起，因為乒乓球是一個剛性物體，但土星不是。土星外層的體積很大，充滿了分子氫，內部則是一種密度更高的物質，也許是金屬氫和岩石組成的核心，也可能是金屬氫或岩石組成的核心。高密度物質之所以在星球的中心，那是因為引力的相互作用。

但是如果把非剛體的土星放在巨型水星球的水面上，會發生怎樣一種情況呢？如果水星球的質量非常大，那麼水星球的引力和土星的各種力綜合作用的結果是：總引力的方向指向了水星球的中心。在這種情況下，土星所有的物質，特別是高密度的核心，也將被拉向水星球的中心。為了顯示出土星的核心，我們把漂浮圖改一下：

那麼，都有哪些力量作用在土星的核心上呢？一方面，水星球的引力會將土星核心向下拉。但在另一邊，土星大氣層中的氫會將核心向上推，但因為氫不夠密集，所以向上的力很小，因此土星核心將向水星球表面「下降」。而土星大氣層中的氫將繼續上升，很可能成為水星球大氣中的一部分。

這樣的變化之後，土星可能有點像一枚沒有蛋殼的生雞蛋。最後，土星的內核——一個巨大的金屬氫和岩石組成的核心，或單獨由金屬氫或岩石組成的核心，掉在了水星球海洋的底部。此時，土星的大氣層已經遠離其內核，位於高空。最終結果就是，土星被分離了，它的面貌已經被徹底改變了，變得不再像原來的土星，甚至可以說它被水星球「毀滅」了。

當然，以上整個過程，我們都只是在假設。