林文琦

雖然天氣瓶無法提供準確的天氣信息，但是讓天氣瓶與自己一同感受云卷云舒、花開花落，在城市的車水馬龍中享受觀天象的樂趣，也不失為一種不錯的體驗。

一只有“情懷”的小瓶子

最近，市面上流行一種名叫“天氣瓶”的小玩意。據(jù)稱，瓶中的透明液體會隨著氣象的變化而產(chǎn)生如羽毛、葉子或雪花般不同的結(jié)晶現(xiàn)象。

“天氣瓶”又被稱作“風暴球”， 它是一種源于18世紀歐洲的天氣預報儀器。發(fā)明這個球的人是誰，早已無從考證。最初的配方是什么，也無人知曉。人們只知道“風暴球”的發(fā)明時間最早可追溯至18世紀晚期，對它的第一次描述出現(xiàn)在凡爾納的科幻小說 《海底兩萬里》中。

18世紀是近代西方文明的大發(fā)展時期，是自然科學大踏步前進、人類認識思想開始改變的時期。在那個科技還不算發(fā)達的年代，航海行為危險重重，人們對氣象觀測的需求尤為迫切。盡管，關(guān)于“風暴球”的很多原始資料早已散逸，不過在不少科學人士的積極改進之下，“風暴球”最終得以運用于19世紀的航行上。

左圖是人們對“風暴瓶”預測天氣的普遍描述，但并未獲得明確的驗證。

據(jù)說，這種神秘的氣象球能感應(yīng)大氣環(huán)境中光、熱、風、氣壓甚至電荷等氣象的變化。一旦有變天的預兆，瓶內(nèi)就會產(chǎn)生結(jié)晶現(xiàn)象。早期的“風暴球”不是密封的，而是有個被橡膠帽封住的口子，由于暴露在氣壓下，當時制作的成品只能算作雛形。

回顧“風暴球”的歷史

1831年，海軍上將羅伯特·菲茨羅伊（1805～1865）指揮英國皇家海軍“小獵犬號”陪同查爾斯·達爾文在南美著名的加拉帕戈斯群島海域航行。除了海軍的工作，菲茨羅伊也是氣象學領(lǐng)域的先驅(qū)。對氣象學抱有濃厚興趣的他，歷經(jīng)數(shù)年，在進行了多次天氣預報和監(jiān)測工作的同時，終于將“風暴球”研發(fā)出來，并將外形改造成密封的玻璃球狀。最終，這種密封的“風暴球”成為我們現(xiàn)今標準“風暴球”的始祖。同時，羅伯特·菲茨羅伊船長也確定了“風暴球”中特制液體的基本配方：蒸餾水、酒精、硝酸鉀、樟腦以及氯化銨等。

1859年10月，一場異常猛烈的風暴襲擊了英國大不列顛群島。一艘從墨爾本返回英國的船只被滔天巨浪擊沉，這場災難直接導致459人死亡。與此同時，風暴還導致使近200艘小型船只永遠消失在濤濤汪洋之中。面對如此深重的災難，英國政府批準了羅伯特·菲茨羅伊在海岸邊創(chuàng)建氣象站的提議。在英國政府的支持下，以監(jiān)測大氣狀況為目的的小型氣象站創(chuàng)建成功。與此同時，“風暴球”被廣泛分發(fā)到漁村。最初，小型氣象站只能以口頭警告的方式通知水手氣象有變，禁止出海。盡管遭到諸多船主的反對（這意味著船只只能停留在港口），但仍然拯救了無數(shù)的生命，并最終獲得了漁民的理解和支持。事實上，如今我們熟知的“天氣預報”4個字也是由菲茨羅伊上將提出的。因此，1860年之后，他的“風暴球”很受英國沿岸居民的歡迎。

形態(tài)各異的結(jié)晶。

那么，“風暴球”是如何工作的呢？據(jù)悉，如果瓶中的液體是透明清澈的，那就會是晴天;如果液體由透明變渾濁朦朧，并出現(xiàn)云狀沉淀，那就代表會出現(xiàn)多云降溫的天氣;倘若瓶中出現(xiàn)小點結(jié)晶，天氣多半潮濕多霧;如果結(jié)晶漂浮在頂部附近，這表明將會刮風;如果液體變成大片水晶雪花，表明將會降溫甚至下雪;如果云狀液體還拖著星狀分布的沉淀，那就代表暴風雨或暴風雪要來了。

不過現(xiàn)代研究證明，在天氣瓶中的確可以看見美麗結(jié)晶形態(tài)的有趣變化，但它其實無法準確反映氣象變化，過去船員多次的航行記錄中也并未證實其準確性。

流言揭秘：天氣預報瓶真能預報天氣？

有科學家認為，溫度是導致天氣瓶瓶內(nèi)結(jié)晶變化的主要因素。溫度改變后，幾種物質(zhì)結(jié)晶析出，由于溶解速度的差異而產(chǎn)生交互作用，再加上其他因素，造成瓶內(nèi)晶體形態(tài)千變?nèi)f化。但是，2008年的一項研究認為，溫度變化是晶體產(chǎn)生的唯一原因，其中，冷卻的速率直接影響晶體的形狀。這意味著瓶中晶體的變化只能反映環(huán)境溫度的變化過程，而氣壓、濕度等其他預報天氣的關(guān)鍵指標都無法得以體現(xiàn)。另外，對于溫度的反映，能反映到什么程度，也存在不確定性。

中國科學院的教授舉了個例子，他說道：“在某地，冷空氣來襲，氣溫陡降（這是天氣瓶能捕捉到的），但會不會下雪，還取決于水汽輸送條件，所以天氣瓶怎么能判斷下雪呢？還有陰、晴、多云，這些天氣現(xiàn)象完全可能在同樣的氣溫條件下發(fā)生，其差別僅在于天空云量（晴為云量<30%，陰為云量>70%，中間的為多云）的不同，天氣瓶又怎么能獲取到天空云量的信息呢？再來談?wù)勵A報，什么是預報？預報就是預測未來的趨勢，而天氣瓶中的結(jié)晶只能反映當時的天氣狀態(tài)，頂多算是實測。雖然以上實驗不能算是嚴謹?shù)目茖W研究，但也從一個側(cè)面說明，天氣瓶頂多算一個漂亮的溫度計。”

美國的一組實驗人員制作了6個天氣瓶，在12周以內(nèi)觀察記錄了它們的“預報結(jié)果”。實驗人員其實已經(jīng)放寬了條件，劃定只要天氣瓶放置地點周圍近32千米以內(nèi)出現(xiàn)0.25毫米的降水就可以算作是下雨天。不過，很快問題就出來了，在某一個降雨天的前一天，其中一個天氣瓶透明無比，意味著晴朗的天氣;而另一個天氣瓶卻結(jié)晶渾濁，顯示為下雨。最終的統(tǒng)計數(shù)字表明，天氣瓶預測晴雨的準確率僅為45%～54%不等，平均值為49%。即使把可能下雨而沒下的陰天也算進去，這種預報準確率的平均值也只有53%。這顯然讓很多風暴球粉絲不能接受。他們認為天氣瓶之所以表現(xiàn)糟糕，是因為實驗失誤。

那么，具體來說，究竟是哪種因素影響了風暴球的結(jié)晶呢？研究人員對風暴球的結(jié)晶條件和結(jié)晶成分進行了實驗。X射線結(jié)果顯示，樟腦會在20℃～30℃內(nèi)發(fā)生結(jié)晶，當溫度從30℃開始下降時，風暴球就有可能出現(xiàn)結(jié)晶。這就是說，風暴球中美麗的結(jié)晶就是樟腦晶體。當氣溫快速下降時，樟腦晶體傾向于形成長的分支;而降溫速度放慢時，則傾向于形成針狀簇擁形晶體。而氯化銨和硝酸鉀在這個體系中并不會發(fā)生結(jié)晶，但它們的存在只是為了促使樟腦晶核的形成。外部環(huán)境、電荷、濕度、氣壓等因素對瓶中晶體的生長變化都沒有影響，真正造成影響的主要因素就是氣溫變化。

手工DIY天氣瓶的制作方法

雖然天氣瓶無法提供更加具體的天氣信息，但是讓天氣瓶與自己一同感受云卷云舒、花開花落，在城市的車水馬龍中享受觀測氣象的樂趣，也不失為一種不錯的體驗??！小伙伴們，你們是不是已經(jīng)被它美麗的外表迷住了呢？

準備材料

硝酸鉀：2.5 g

氯化銨：2.5 g

蒸餾水：33 毫升

乙醇（酒精）：40 毫升

天然樟腦：10 g

玻璃容器：3個

制作步驟

步驟一：制作溶液。先將硝酸鉀和氯化銨溶于蒸餾水中，再將樟腦倒進乙醇之中。隨后將兩種溶液混合在一起（將水溶液倒進乙醇溶液效果更好，這有助于溶質(zhì)充分溶解），加熱并攪拌均勻，使其最終變得澄清。如果不澄清，可以適當搖晃。關(guān)于溶質(zhì)溶解需要注意的是：一定要溶解到澄清，如果無法溶解或者渾濁，可以放置于60℃的熱水中加熱1分鐘（不要加熱太久），再搖晃直到溶液澄清為止。為了保護雙手，須全程帶好塑膠手套。

步驟二：將溶液倒入試管并用軟木塞塞住或封存在玻璃容器中 （瓶子一定要密封， 避免酒精揮發(fā)，在選擇瓶蓋時盡量避開鐵、銅等易被侵蝕的材質(zhì)）。

注意事項

1.通常市面上的樟腦丸是人工合成的，實驗時最好使用天然的。如果沒找到天然樟腦，可以用其他可溶性鹽（如氯化鈉）替換硝酸鉀或氯化銨。

2.天氣瓶的結(jié)晶時間取決于環(huán)境與位置，大約需要一到兩周時間才能讓晶體穩(wěn)定，“熟悉”環(huán)境。

3.因為天氣瓶本身是一個透鏡，因此可能會有因聚焦光線而產(chǎn)生火災的風險，請勿長時間置于陽光直射下。

4.不要放置于空調(diào)出風口附近。

最后，小伙伴們要有實驗精神哦！實驗可能會失敗幾次，付出的心血一定是會有回報的。