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書接上文，菲茨羅伊和他的同行們都在想盡辦法收集大氣數(shù)據(jù)，但是靠地面觀測網(wǎng)絡(luò)只能收集近地面的數(shù)據(jù)。高空的數(shù)據(jù)是采集不到的。這時候就有人打起了熱氣球的主意，因?yàn)檫@是當(dāng)時唯一能載人飛上藍(lán)天的工具。
早在1804年蓋-呂薩克就帶著氣壓計(jì)溫度計(jì)等等一大包科學(xué)儀器乘坐熱氣球上升到了7000多米的高度，高空溫度低啊，可把他凍壞了。而且高原反應(yīng)也把他折騰得夠嗆。不過他還是獲得了很多數(shù)據(jù)，每上升90米，氣溫就會下降大約1華氏度。
丹尼爾·加布里爾·華倫海特
華氏度這個溫標(biāo)系統(tǒng)我們幾乎不用，到現(xiàn)在也只有美國人還在堅(jiān)持使用。這個溫標(biāo)是由水銀溫度計(jì)的發(fā)明人華倫海特制定下來的。1724年，他寫了一篇論文，他提到用氯化銨溶于水來制造低溫。氯化銨在溶解在水里會吸收大量的熱，所以溶液的溫度會急劇下降。把氯化銨和冰水混在一起，溫度就是相對穩(wěn)定不變的，這也是華倫海當(dāng)時能獲得的最冷的東西了，所以他就把這個溫度定為0度，這也就成了華氏溫標(biāo)的基準(zhǔn)點(diǎn)。基準(zhǔn)點(diǎn)是定下來了，華倫海特又定出了第二個溫度刻度，他又測量了他妻子口腔的溫度。他把妻子口腔的溫度定為96度。按照這個標(biāo)準(zhǔn)，冰水混合物的溫度差不多是32度。他制造的水銀溫度計(jì)的刻度體系就這么定下來了。后來大家就管這種溫標(biāo)體系叫“華氏度”。按照這個溫標(biāo)體系，水的的沸點(diǎn)是在212度左右。不過呢，大家發(fā)現(xiàn)華倫海定下來的這套溫標(biāo)系統(tǒng)都不是整數(shù)，而且不夠簡潔明了，后來攝爾修斯定義的新溫標(biāo)開始變得流行，也就是我們常用的攝氏度。
攝氏度和華氏度的對應(yīng)關(guān)系 攝氏度后來得到國際廣泛應(yīng)用，為了簡化華氏度和攝氏度之間的換算關(guān)系。就做了新規(guī)定，一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓之下，水的冰點(diǎn)是0攝氏度，標(biāo)定為32華氏度。一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓之下水的沸點(diǎn)為100攝氏度，標(biāo)定為212華氏度。小數(shù)點(diǎn)后面不整的數(shù)字就不要了。以此為標(biāo)準(zhǔn)，人的體溫就變成了98.6華氏度。從此華氏度就和氯化銨沒什么關(guān)系了。全世界只有美國人還在堅(jiān)持用英制單位，華氏度就是其中之一。就連英國人自己都不怎么用英制單位了。我看到的一個說法是因?yàn)楫?dāng)年美國工業(yè)發(fā)展非?？斓腔A(chǔ)科學(xué)發(fā)展非常慢。工程界可不管你什么物理含義，他們是抓過來就用。時間長了，留下了大量英制單位標(biāo)注的資料。要把這么多資料全都換成公制單位實(shí)在是太費(fèi)勁了，所以美國人就懶得換，就這么一直延續(xù)下來了。
國際計(jì)量局的標(biāo)志 相反，歐洲大陸基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)展的還是非常穩(wěn)定的，特別是法國人主導(dǎo)了現(xiàn)代國際單位的制定，國際單位制的發(fā)展實(shí)際上跟物理學(xué)的發(fā)展是相關(guān)的。大家對熱現(xiàn)象到底是什么，溫度到底是怎么回事，其實(shí)物理過程并不是太了解。只能湊合先用， 但是到了19世紀(jì)，熱力學(xué)有了長足的進(jìn)步，制定單位置的時候就不能隨心所欲了。不過呢，美國人還是喜歡用華氏度，華氏度也有一點(diǎn)好處，1度的范圍比較小，1℉=0.5556℃，所以日常生活里，說溫度的時候就不需要帶小數(shù)點(diǎn)也能獲得比較細(xì)膩的感覺。而且人體溫度接近100度，氣溫再低，一般也不會出現(xiàn)負(fù)數(shù)。所以日常氣溫基本保持在兩位數(shù)以內(nèi)，不需要多出符號位。其實(shí)也就是這點(diǎn)好處，說到底這只是習(xí)慣罷了。反正在在蓋-呂薩克那個時代，很多人用的還是華氏度。當(dāng)時蓋-呂薩克才26歲，算是個小伙子，在此后的50年里，沒人再飛到這么高的地方去采集氣象數(shù)據(jù)。但是到了菲茨羅伊的時代，有人又開始惦記這檔子事兒了。
查爾斯·格林
在英國駕駛氣球最出名的人叫查爾斯·格林。早在1821年，英王喬治4世的加冕禮上，他就駕駛氣球升空表演。這個氣球不是熱氣球，也不是氫氣球，而是用的煤氣。就是煤氣罐利用的那種煤氣。這東西也能飛起來？啊，是啊，煤氣的密度比空氣要小啊。不管是甲烷還是一氧化碳，密度都比空氣小。不過呢，他們都比不上氫氣。但是氫氣太貴了，而且太危險，煤氣要好很多。流言終結(jié)者曾經(jīng)做過一個實(shí)驗(yàn)。那就是在充滿了煤氣的盒子里開槍，很難引起爆炸。但是換了氫氣，次次都炸?？梢姎錃獾陌踩哉娴暮懿?。再說，當(dāng)時制取氫氣是使用一大桶硫酸，然后往里放大塊的金屬鋅，就跟中學(xué)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法差不多。這種化學(xué)反應(yīng)也是不安全的，硫酸那東西是好惹的嗎？相比來講，煤氣就顯得比較便宜，雖然提供的浮力比不上氫氣球，大不了把氣球造大一點(diǎn)就行了。所以，查爾斯·格林就在國王加冕典禮現(xiàn)場起飛了，然后他就下不來了。氣球就在空中飄著，被風(fēng)吹著亂跑。幸虧他的好朋友身手了得，彎弓搭箭射破了氣球，氣球漏氣了，格林這才慢慢降落下來。
查爾斯·格林1836年使用的氣球
在此后的日子里，格林飛了足有500多次。1836年他和小伙伴們一起駕駛著一個氣球從倫敦起飛，飛了480英里，飛到了德國的威爾堡。折算成公里大概是780公里。這個距離大概就是相當(dāng)于從上海飛到武漢，足足花了18個小時。算是創(chuàng)造了一個世界紀(jì)錄，這個紀(jì)錄一直到1907年才被打破。菲茨羅伊他們研究了一下，他們開出了90英鎊的價錢，讓格林完成4次氣球飛行。起飛地點(diǎn)選擇了伍爾弗漢普頓這個地方，剛好在英格蘭的地理中心。由熱氣球委員會出面跟當(dāng)?shù)氐拿簹夤居憙r還價，算是談了一個比較便宜的價錢，格林的大氣球要花費(fèi)不少煤氣，所以這玩意兒還是能省一點(diǎn)是一點(diǎn)。起飛的日期就定在了8月15號。菲茨羅伊和格萊舍都跑過來看氣球升空，但是這次升空項(xiàng)目實(shí)在進(jìn)行得不太順利。給這個大氣球充氣真是挺費(fèi)勁的一件事兒，剛充了沒多會兒，一股大風(fēng)吹過來，這氣球就變成歪歪斜斜的。就這么一直折騰到天黑，這氣球也沒充滿。第2天下午1:30，他們又開始充氣，但是充了沒多會兒，又一陣大風(fēng)吹過來，結(jié)果氣球被撕裂了?？磥磉@個氣球一點(diǎn)都不結(jié)實(shí)，當(dāng)時沒有橡膠，也沒有尼龍，材料用的都是用細(xì)綢子上刷桐油。這氣球一破不要緊，這一肚子煤氣全都跑出來了，弄得周圍的觀眾趕緊捂著鼻子就跑了。菲茨羅伊他們資助的這次活動徹底失敗，算是雞飛蛋打，啥也沒撈著。
《氣球飛行家》劇照 就這么拖延了三年，一直到1862年。英國人才組成了一個新的熱氣球委員會，開始組織新的熱氣球冒險。這一次。他們找到了格萊舍，麻煩您受累，跟著氣球上去飛一趟。格萊舍老大的不愿意啊，他心里嘀咕，我都53歲了，我都老眼昏花了，還冒這么大險？你們怎么這么就不知道尊老愛幼呢？你別說格萊舍這輩子總是坐在書齋里，要么就是寫論文，要么就是擺弄儀器測量數(shù)據(jù)。你讓他上氣球，他心里沒底。好在駕駛氣球不是他的事兒，有專門的氣球駕駛員。但是氣球駕駛員可不會擺弄那一堆儀器。要想擺弄那一堆儀器，只有格萊舍自己上去。任務(wù)交給格萊舍了，他還得自己籌劃要測量的數(shù)據(jù)。你得弄個溫度計(jì)測量一下不同高度的氣溫吧。你還得帶上一堆瓶瓶罐罐，把每個高度的空氣做一次取樣吧。還得準(zhǔn)備臭氧試紙，這東西是用來測量臭氧含量的。還有，氣壓表你也得帶兩個吧，一個是水銀氣壓表，一個是無液氣壓表。還得帶上丹尼爾濕度計(jì)來讀取露點(diǎn)。格萊舍在地面上做了個模擬裝置，天天訓(xùn)練，上了高空以后你總不能手忙腳亂吧。這次旅程對人的要求其實(shí)是挺高的。
《氣球飛行家》劇照 到了1862年的7月17日，格萊舍終于準(zhǔn)備好了一切，他拎著一大堆的儀器坐進(jìn)了氣球吊籃。駕駛員是個經(jīng)驗(yàn)豐富的老手，他叫考克斯維爾，頭頂上那個大氣球剛充滿了氣，容積2500立方米，直徑大概有17米的樣子，這家伙叫猛犸象號，這是當(dāng)時體積最大的氣球了。氣球剛一起飛吹來一陣大風(fēng)，氣球整個就斜過來了。格萊舍站起來一看，氣球吊籃奔著一根煙囪就掄過去了，可把格萊舍給嚇?biāo)懒?。好在氣球并沒有撞上什么障礙物。等升到高空了，周圍什么都沒有了，他反倒放心了。他開始冷靜下來，記錄儀器上的各種數(shù)據(jù)。5分鐘以后氣球就鉆進(jìn)了云層，地面上的人就看不到他們了。
《氣球飛行家》劇照
十幾分鐘以后，他們鉆到了云層的上面，燦爛的陽光照射到了氣球上。這時候他們的高度將近3千米了。高空的氣壓比較小，所以氣球就鼓起來了，整個氣球顯得非常的飽滿。從高空觀看大地，可以說景色是美不勝收，可惜格萊舍不是來看風(fēng)景的，他簡直忙不過來了，要記錄的數(shù)據(jù)實(shí)在太多。半小時以后他們上升到了5000多米，朵朵白云已經(jīng)在他們腳下很遠(yuǎn)了。這次他們還是很成功的。后來他們又組織了幾次飛行。飛行高度也越來越高，他們飛到了7315米的高度，比當(dāng)年的蓋-呂薩克還要高一點(diǎn)?？斓角锾炝耍m合飛行的好天氣不多了，所以他們決定最后再飛一把。一開始飛得還是很順利的。地面的溫度是59.5華氏度，也就是15.3攝氏度。高度達(dá)到一英里以后，溫度就下降到了，氣溫只有2.5攝氏度。離開地面兩英里的高度上氣溫就已經(jīng)降到0度了，當(dāng)它們上升到4英里的高度，溫度正好是零下14攝氏度。而且氣球上升的速度比他們想象的更快，很快他的儀器上就凍了一層霜，丹尼爾濕度計(jì)完全失靈，因?yàn)橥耆珒鲎×恕?/section>
《氣球飛行家》劇照 這時候天空變成了很深的藍(lán)色。到了5英里高空，氣溫已經(jīng)降到了零下16.7攝氏度，這兩個人穿了很厚的大衣，幾乎裹得像個粽子，但是還是頂不住高空的寒風(fēng)。但是他們決定繼續(xù)往更高的高度挺進(jìn)，他們把氣球上用來壓艙的沙袋全都扔掉了。兩個人背靠背坐在吊籃里，一個人負(fù)責(zé)操縱氣球，一個人負(fù)責(zé)記錄氣象數(shù)據(jù)，但是手指頭已經(jīng)凍僵了，基本上不怎么聽使喚。到了下午的1:54，格萊舍一回頭，他立刻嚇了一跳。負(fù)責(zé)駕駛的考克斯維爾正掛在氣球外面。原來是負(fù)責(zé)開啟泄氣閥門的那根繩子跟其他繩子纏在一起了。氣球現(xiàn)在完全停不下來，仍然在一直往上升。格萊舍有心去幫點(diǎn)忙，但是發(fā)現(xiàn)自己的胳膊完全不聽使喚。身體癱軟在那兒，根本就坐不起來，意識也開始變得模糊。想張嘴說話，卻一個字都發(fā)不出來。他們不知道，他們已經(jīng)進(jìn)入了8千米以上的高空，他們的儀器全都凍住了，沒法讀出高度。他們現(xiàn)在的高度跟珠穆朗瑪峰差不多。格萊舍顯然是出現(xiàn)了嚴(yán)重的高原反應(yīng)。
《氣球飛行家》劇照 在下午1:56，格萊舍徹底暈過去了。大概過了幾分鐘以后，格萊舍又被晃醒了。考克斯維爾現(xiàn)在回到了吊籃里面。只看到考克斯維爾的雙手都是黑的。他們拿出一點(diǎn)酒倒在手上搓了搓，算是讓血液循環(huán)加快一點(diǎn)。就在格萊舍暈過去的那幾分鐘，考克斯維爾簡直是像玩雜技一樣完成了一系列的高難度動作。他順著繩子爬到了放氣閥門的所在的地方，硬是卯足力氣把放氣閥門給拽下來了。這時候他們的氣球到達(dá)了本次旅程的最高點(diǎn)。高度將近達(dá)到11,000米。放氣閥門一打開，他們就開始下降。降到大概1萬英尺高度。氧氣變得比較充足，格萊舍這才醒過來。他算是差點(diǎn)鬼門關(guān)上走一遭啊。考克斯維爾的身體素質(zhì)到非常棒，在那么高的高度，還能有這個體力爬上氣球。換了別人根本不行。到了低空，空氣密度變大了，他們下降的速度也就變平緩了。一直到下午2:40，他們終于晃晃悠悠地降落在了一片農(nóng)田上。他們慢慢爬出來，收拾好東西，慢慢溜達(dá)著走了七八里地，找了一家小酒館，好好喝了一頓。他們這一次算是打破了此前所有氣球升空的高度，這個紀(jì)錄在45年以后才再一次被打破。那是另一個傳奇故事，我們以前講到過皮卡德教授乘坐密閉的高空探險氣球，成功突破了平流層，飛到了1.5萬米高空的故事。大家有興趣可以往前翻找我以前的專輯。
《氣球飛行家》劇照 格萊舍這段經(jīng)歷后來被改編成了一部電影《熱氣球飛行家》上映了沒幾年，特效做得一級棒。但是劇情改動太大，主角的歲數(shù)被縮小了不少。當(dāng)時格萊舍是五十多歲的人了，電影里最多三十多，而且氣球駕駛員由男的改成了女的。為什么這么改變？我想大家都明白。大家如果想看熱鬧，不妨去看看這部片子。那么這次冒險飛行在科學(xué)上最大的收獲是什么呢？那就是他們發(fā)現(xiàn)了大氣層的復(fù)雜性。蓋-呂薩克不是說每上升90米，氣溫就會下降1華氏度嗎？看上去溫度和高度是個線性關(guān)系，但是格萊舍他們豁出命去飛到了1萬多米的高度。他們記錄的數(shù)據(jù)要比蓋倫薩克精確得多，他們發(fā)現(xiàn)大氣是分層的，每一層都有不同的溫度濕度和風(fēng)向?？諝鈺惶孀兝渥儫?，根本不是蓋-呂薩克描繪的那種簡單的線性關(guān)系。格萊舍后來見到了菲茨羅伊，他告訴菲茨羅伊，大氣分了很多層，每一層的溫度都是不一樣的。這會導(dǎo)致每一層空氣的折射率都不一樣。他畢竟是搞天文的，對折射比較敏感。菲茨羅伊問他，是不是打算明年再飛呀？格蘭仕一臉苦相，今年他都飛了8次了，明年你找別人吧。菲茨羅伊有沒有想過自己上去呢？這個我們就不知道了，不過他這個指揮貝格爾號環(huán)球航行的海軍艦長要是能夠坐著熱氣球，穿著海軍制服升到高空，那畫面一定很好看?？上Х拼牧_伊沒時間，他要做的事情是提供拳頭第一份天氣預(yù)報，他要處理的事兒多著呢。
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