气象学史17气球上的冒险

书接上文，菲茨罗伊和他的同行们都在想尽办法收集大气数据，但是靠地面观测网络只能收集近地面的数据。高空的数据是采集不到的。这时候就有人打起了热气球的主意，因为这是当时唯一能载人飞上蓝天的工具。早在年盖-吕萨克就带着气压计温度计等等一大包科学仪器乘坐热气球上升到了多米的高度，高空温度低啊，可把他冻坏了。而且高原反应也把他折腾得够呛。不过他还是获得了很多数据，每上升90米，气温就会下降大约1华氏度。

丹尼尔·加布里尔·华伦海特

华氏度这个温标系统我们几乎不用，到现在也只有美国人还在坚持使用。这个温标是由水银温度计的发明人华伦海特制定下来的。年，他写了一篇论文，他提到用氯化铵溶于水来制造低温。氯化铵在溶解在水里会吸收大量的热，所以溶液的温度会急剧下降。把氯化铵和冰水混在一起，温度就是相对稳定不变的，这也是华伦海当时能获得的最冷的东西了，所以他就把这个温度定为0度，这也就成了华氏温标的基准点。基准点是定下来了，华伦海特又定出了第二个温度刻度，他又测量了他妻子口腔的温度。他把妻子口腔的温度定为96度。按照这个标准，冰水混合物的温度差不多是32度。他制造的水银温度计的刻度体系就这么定下来了。后来大家就管这种温标体系叫“华氏度”。按照这个温标体系，水的的沸点是在度左右。不过呢，大家发现华伦海定下来的这套温标系统都不是整数，而且不够简洁明了，后来摄尔修斯定义的新温标开始变得流行，也就是我们常用的摄氏度。

摄氏度和华氏度的对应关系

摄氏度后来得到国际广泛应用，为了简化华氏度和摄氏度之间的换算关系。就做了新规定，一个标准大气压之下，水的冰点是0摄氏度，标定为32华氏度。一个标准大气压之下水的沸点为摄氏度，标定为华氏度。小数点后面不整的数字就不要了。以此为标准，人的体温就变成了98.6华氏度。从此华氏度就和氯化铵没什么关系了。全世界只有美国人还在坚持用英制单位，华氏度就是其中之一。就连英国人自己都不怎么用英制单位了。我看到的一个说法是因为当年美国工业发展非常快但是基础科学发展非常慢。工程界可不管你什么物理含义，他们是抓过来就用。时间长了，留下了大量英制单位标注的资料。要把这么多资料全都换成公制单位实在是太费劲了，所以美国人就懒得换，就这么一直延续下来了。

国际计量局的标志

相反，欧洲大陆基础科学发展的还是非常稳定的，特别是法国人主导了现代国际单位的制定，国际单位制的发展实际上跟物理学的发展是相关的。大家对热现象到底是什么，温度到底是怎么回事，其实物理过程并不是太了解。只能凑合先用，但是到了19世纪，热力学有了长足的进步，制定单位置的时候就不能随心所欲了。不过呢，美国人还是喜欢用华氏度，华氏度也有一点好处，1度的范围比较小，1℉=0.℃，所以日常生活里，说温度的时候就不需要带小数点也能获得比较细腻的感觉。而且人体温度接近度，气温再低，一般也不会出现负数。所以日常气温基本保持在两位数以内，不需要多出符号位。其实也就是这点好处，说到底这只是习惯罢了。反正在在盖-吕萨克那个时代，很多人用的还是华氏度。当时盖-吕萨克才26岁，算是个小伙子，在此后的50年里，没人再飞到这么高的地方去采集气象数据。但是到了菲茨罗伊的时代，有人又开始惦记这档子事儿了。

查尔斯·格林

在英国驾驶气球最出名的人叫查尔斯·格林。早在年，英王乔治4世的加冕礼上，他就驾驶气球升空表演。这个气球不是热气球，也不是氢气球，而是用的煤气。就是煤气罐利用的那种煤气。这东西也能飞起来？啊，是啊，煤气的密度比空气要小啊。不管是甲烷还是一氧化碳，密度都比空气小。不过呢，他们都比不上氢气。但是氢气太贵了，而且太危险，煤气要好很多。流言终结者曾经做过一个实验。那就是在充满了煤气的盒子里开枪，很难引起爆炸。但是换了氢气，次次都炸。可见氢气的安全性真的很差。再说，当时制取氢气是使用一大桶硫酸，然后往里放大块的金属锌，就跟中学的化学实验方法差不多。这种化学反应也是不安全的，硫酸那东西是好惹的吗？相比来讲，煤气就显得比较便宜，虽然提供的浮力比不上氢气球，大不了把气球造大一点就行了。所以，查尔斯·格林就在国王加冕典礼现场起飞了，然后他就下不来了。气球就在空中飘着，被风吹着乱跑。幸亏他的好朋友身手了得，弯弓搭箭射破了气球，气球漏气了，格林这才慢慢降落下来。

查尔斯·格林年使用的气球

在此后的日子里，格林飞了足有多次。年他和小伙伴们一起驾驶着一个气球从伦敦起飞，飞了英里，飞到了德国的威尔堡。折算成公里大概是公里。这个距离大概就是相当于从上海飞到武汉，足足花了18个小时。算是创造了一个世界纪录，这个纪录一直到年才被打破。菲茨罗伊他们研究了一下，他们开出了90英镑的价钱，让格林完成4次气球飞行。起飞地点选择了伍尔弗汉普顿这个地方，刚好在英格兰的地理中心。由热气球委员会出面跟当地的煤气公司讨价还价，算是谈了一个比较便宜的价钱，格林的大气球要花费不少煤气，所以这玩意儿还是能省一点是一点。起飞的日期就定在了8月15号。菲茨罗伊和格莱舍都跑过来看气球升空，但是这次升空项目实在进行得不太顺利。给这个大气球充气真是挺费劲的一件事儿，刚充了没多会儿，一股大风吹过来，这气球就变成歪歪斜斜的。就这么一直折腾到天黑，这气球也没充满。第2天下午1:30，他们又开始充气，但是充了没多会儿，又一阵大风吹过来，结果气球被撕裂了。看来这个气球一点都不结实，当时没有橡胶，也没有尼龙，材料用的都是用细绸子上刷桐油。这气球一破不要紧，这一肚子煤气全都跑出来了，弄得周围的观众赶紧捂着鼻子就跑了。菲茨罗伊他们资助的这次活动彻底失败，算是鸡飞蛋打，啥也没捞着。

《气球飞行家》剧照

就这么拖延了三年，一直到年。英国人才组成了一个新的热气球委员会，开始组织新的热气球冒险。这一次。他们找到了格莱舍，麻烦您受累，跟着气球上去飞一趟。格莱舍老大的不愿意啊，他心里嘀咕，我都53岁了，我都老眼昏花了，还冒这么大险？你们怎么这么就不知道尊老爱幼呢？你别说格莱舍这辈子总是坐在书斋里，要么就是写论文，要么就是摆弄仪器测量数据。你让他上气球，他心里没底。好在驾驶气球不是他的事儿，有专门的气球驾驶员。但是气球驾驶员可不会摆弄那一堆仪器。要想摆弄那一堆仪器，只有格莱舍自己上去。任务交给格莱舍了，他还得自己筹划要测量的数据。你得弄个温度计测量一下不同高度的气温吧。你还得带上一堆瓶瓶罐罐，把每个高度的空气做一次取样吧。还得准备臭氧试纸，这东西是用来测量臭氧含量的。还有，气压表你也得带两个吧，一个是水银气压表，一个是无液气压表。还得带上丹尼尔湿度计来读取露点。格莱舍在地面上做了个模拟装置，天天训练，上了高空以后你总不能手忙脚乱吧。这次旅程对人的要求其实是挺高的。

《气球飞行家》剧照

到了年的7月17日，格莱舍终于准备好了一切，他拎着一大堆的仪器坐进了气球吊篮。驾驶员是个经验丰富的老手，他叫考克斯维尔，头顶上那个大气球刚充满了气，容积2立方米，直径大概有17米的样子，这家伙叫猛犸象号，这是当时体积最大的气球了。气球刚一起飞吹来一阵大风，气球整个就斜过来了。格莱舍站起来一看，气球吊篮奔着一根烟囱就抡过去了，可把格莱舍给吓死了。好在气球并没有撞上什么障碍物。等升到高空了，周围什么都没有了，他反倒放心了。他开始冷静下来，记录仪器上的各种数据。5分钟以后气球就钻进了云层，地面上的人就看不到他们了。

《气球飞行家》剧照

十几分钟以后，他们钻到了云层的上面，灿烂的阳光照射到了气球上。这时候他们的高度将近3千米了。高空的气压比较小，所以气球就鼓起来了，整个气球显得非常的饱满。从高空观看大地，可以说景色是美不胜收，可惜格莱舍不是来看风景的，他简直忙不过来了，要记录的数据实在太多。半小时以后他们上升到了0多米，朵朵白云已经在他们脚下很远了。这次他们还是很成功的。后来他们又组织了几次飞行。飞行高度也越来越高，他们飞到了米的高度，比当年的盖-吕萨克还要高一点。快到秋天了，适合飞行的好天气不多了，所以他们决定最后再飞一把。一开始飞得还是很顺利的。地面的温度是59.5华氏度，也就是15.3摄氏度。高度达到一英里以后，温度就下降到了，气温只有2.5摄氏度。离开地面两英里的高度上气温就已经降到0度了，当它们上升到4英里的高度，温度正好是零下14摄氏度。而且气球上升的速度比他们想象的更快，很快他的仪器上就冻了一层霜，丹尼尔湿度计完全失灵，因为完全冻住了。

《气球飞行家》剧照

这时候天空变成了很深的蓝色。到了5英里高空，气温已经降到了零下16.7摄氏度，这两个人穿了很厚的大衣，几乎裹得像个粽子，但是还是顶不住高空的寒风。但是他们决定继续往更高的高度挺进，他们把气球上用来压舱的沙袋全都扔掉了。两个人背靠背坐在吊篮里，一个人负责操纵气球，一个人负责记录气象数据，但是手指头已经冻僵了，基本上不怎么听使唤。到了下午的1:54，格莱舍一回头，他立刻吓了一跳。负责驾驶的考克斯维尔正挂在气球外面。原来是负责开启泄气阀门的那根绳子跟其他绳子缠在一起了。气球现在完全停不下来，仍然在一直往上升。格莱舍有心去帮点忙，但是发现自己的胳膊完全不听使唤。身体瘫软在那儿，根本就坐不起来，意识也开始变得模糊。想张嘴说话，却一个字都发不出来。他们不知道，他们已经进入了8千米以上的高空，他们的仪器全都冻住了，没法读出高度。他们现在的高度跟珠穆朗玛峰差不多。格莱舍显然是出现了严重的高原反应。

《气球飞行家》剧照

在下午1:56，格莱舍彻底晕过去了。大概过了几分钟以后，格莱舍又被晃醒了。考克斯维尔现在回到了吊篮里面。只看到考克斯维尔的双手都是黑的。他们拿出一点酒倒在手上搓了搓，算是让血液循环加快一点。就在格莱舍晕过去的那几分钟，考克斯维尔简直是像玩杂技一样完成了一系列的高难度动作。他顺着绳子爬到了放气阀门的所在的地方，硬是卯足力气把放气阀门给拽下来了。这时候他们的气球到达了本次旅程的最高点。高度将近达到11,米。放气阀门一打开，他们就开始下降。降到大概1万英尺高度。氧气变得比较充足，格莱舍这才醒过来。他算是差点鬼门关上走一遭啊。考克斯维尔的身体素质到非常棒，在那么高的高度，还能有这个体力爬上气球。换了别人根本不行。到了低空，空气密度变大了，他们下降的速度也就变平缓了。一直到下午2:40，他们终于晃晃悠悠地降落在了一片农田上。他们慢慢爬出来，收拾好东西，慢慢溜达着走了七八里地，找了一家小酒馆，好好喝了一顿。他们这一次算是打破了此前所有气球升空的高度，这个纪录在45年以后才再一次被打破。那是另一个传奇故事，我们以前讲到过皮卡德教授乘坐密闭的高空探险气球，成功突破了平流层，飞到了1.5万米高空的故事。大家有兴趣可以往前翻找我以前的专辑。

《气球飞行家》剧照

格莱舍这段经历后来被改编成了一部电影《热气球飞行家》上映了没几年，特效做得一级棒。但是剧情改动太大，主角的岁数被缩小了不少。当时格莱舍是五十多岁的人了，电影里最多三十多，而且气球驾驶员由男的改成了女的。为什么这么改变？我想大家都明白。大家如果想看热闹，不妨去看看这部片子。那么这次冒险飞行在科学上最大的收获是什么呢？那就是他们发现了大气层的复杂性。盖-吕萨克不是说每上升90米，气温就会下降1华氏度吗？看上去温度和高度是个线性关系，但是格莱舍他们豁出命去飞到了1万多米的高度。他们记录的数据要比盖伦萨克精确得多，他们发现大气是分层的，每一层都有不同的温度湿度和风向。空气会交替变冷变热，根本不是盖-吕萨克描绘的那种简单的线性关系。格莱舍后来见到了菲茨罗伊，他告诉菲茨罗伊，大气分了很多层，每一层的温度都是不一样的。这会导致每一层空气的折射率都不一样。他毕竟是搞天文的，对折射比较敏感。菲茨罗伊问他，是不是打算明年再飞呀？格兰仕一脸苦相，今年他都飞了8次了，明年你找别人吧。菲茨罗伊有没有想过自己上去呢？这个我们就不知道了，不过他这个指挥贝格尔号环球航行的海军舰长要是能够坐着热气球，穿着海军制服升到高空，那画面一定很好看。可惜菲茨罗伊没时间，他要做的事情是提供拳头第一份天气预报，他要处理的事儿多着呢。我们下次再说。吴京平