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        大家好,我是“流浪氣球”

        2023-10-16 16:16:25呂默默科普科幻作家Cheese
        課堂內(nèi)外(小學(xué)版) 2023年6期
        關(guān)鍵詞:孔明燈探空熱氣球

        文/呂默默(科普、科幻作家) 圖/Cheese

        要出門了,先打開手機應(yīng)用看看天氣預(yù)報——這已經(jīng)是很多人的生活習(xí)慣。但你可能不知道,人們能準確地預(yù)報天氣,可有我這個“流浪氣球”的一份功勞。

        “流浪氣球”的前世今生

        飛上藍天曾是人類的“終極夢想”之一,古代的科學(xué)家們想了很多辦法來親近藍天,例如制造風(fēng)箏和放飛孔明燈。孔明燈利用的是熱空氣比冷空氣更輕、會自然上升的特性??酌鳠舻娘w行比較平穩(wěn),相對安全,但受限于材料(主要是竹子和紙),古時的孔明燈很容易破損,難以完成將人類送上藍天的任務(wù)。

        熱空氣帶來的升力一直啟發(fā)著后來的科學(xué)家。1783 年,法國的孟格菲兄弟使用了更密閉、更結(jié)實的材料,經(jīng)過無數(shù)次試驗,終于做出了更大的、可以載人飛行的“孔明燈”——熱氣球。

        到了1862 年,兩位英國人駕駛熱氣球來到了11 千米的高空中,他們創(chuàng)造了人類乘坐熱氣球升空的高度紀錄。同時,他們也發(fā)現(xiàn),在這樣的高度,稀薄的空氣和超低的氣溫足以致命。

        雖然人類暫時無法乘坐熱氣球探索更高、更廣的藍天,但沒有生命的儀器卻可以。于是,科學(xué)家們轉(zhuǎn)而開始想辦法將研究儀器送上更高的天空。

        送儀器上天,熱氣球卻派不上用場了——你總不能指望19 世紀的儀器能夠自主操作發(fā)熱裝置吧?那怎么辦呢?這個時候,比空氣輕的氣體登場了。它們主要是氫氣和氦氣——我們平時玩的氣球,里面充的多數(shù)就是這兩種氣體。

        氣球飛天有啥用

        地球的大氣層分成幾個層次。最靠近地面的叫對流層,高度為10千米左右。冷熱空氣經(jīng)常在這里“打架”,風(fēng)、雨、雪、雹都在這里產(chǎn)生,因此,這一層對我們?nèi)粘I畹挠绊懽蠲黠@,天氣預(yù)報也主要預(yù)報的是這一層的天氣狀況。

        對流層往上是平流層,上端抵達50 千米的高空。在這一層,熱空氣和冷空氣一上一下,雙方和平相處,不怎么會“打架”,所以基本都是大晴天。但這里的環(huán)境變化也會向下影響到對流層,從而對天氣產(chǎn)生影響。

        對流層和平流層的各種數(shù)據(jù),例如風(fēng)速、氣溫、空氣密度等,對于天氣預(yù)報是很重要的。要想獲得這些數(shù)據(jù),就該我們探空氣球大顯身手了!

        再往上分別是中間層、電離層和逸散層,這三層就跟人們的生活和天氣沒有太大的關(guān)聯(lián)了。

        當!當!當!當!是的,依靠較輕的氣體將氣象儀器帶上天的裝置誕生了,那就是我——流浪氣球。當然,你也可以稱呼我的大名——探空氣球。

        我的老前輩們,工作效率比較低。人們只有等它們因為泄氣或爆炸重回地面之后,才能從氣象儀器中獲取數(shù)據(jù)。這個時候想進行天氣預(yù)報,通常也就無從談起了。

        生活在今天的我們就厲害多了。我們攜帶的氣象儀器帶有無線電裝置,有些伙伴甚至還帶著太陽能充電裝置,能夠一邊飛行,一邊傳回記錄的數(shù)據(jù)。這才真正能為天氣預(yù)報出上一份力呀!

        探空氣球滿天飛

        那么,天上有多少個探空氣球在工作?數(shù)量可能比你想象的要多得多。

        目前為止,全球約有11 000 個地面氣象站和1 200 個探空氣象站。氣象站的工作,就是用各種儀器來測試、分析和記錄當?shù)氐奶鞖鈹?shù)據(jù)。探空氣象站就好比是探空氣球的發(fā)射基地,工作人員每天都會給探空氣球充氣,然后分別在0 時和12 時將我們釋放出去。釋放得這么頻繁,一方面是為了獲得更加準確的天氣數(shù)據(jù),另一方面是因為我們一旦上天,就不可控了。要知道,并不是所有探空氣球都能進入10 千米之上的平流層。每次放飛,大約有1 000 個氣球能飛到10 千米,800 個能飛到20 千米的高空,只有大約350 個能飛越30 千米的高空。

        氣球為啥要流浪

        接下來,該介紹我為啥要流浪了。請注意,我可不是想蹭“流浪地球”的熱度。

        探空氣球完成了任務(wù)會去哪兒呢?當我們飛到一定的高度后,空氣中的氣體開始減少,氣壓開始減小。內(nèi)外的氣壓差超出了我們承受的極限,我們就會爆炸。

        氣球炸了,可下邊還掛著不少氣象儀器,但不要擔心會砸到人,現(xiàn)代的氣象儀器一般都帶著降落傘。同時,這些儀器上還標有歸屬和地址,被人找到之后可以寄回去。不過,這些儀器通常都會掉在偏僻的地方,基本找不回來了。

        除了因為爆炸或漏氣等原因而回到地面的探空氣球,還有一部分非常堅強的伙伴既不爆炸,也沒有漏氣,它們就會在空中一直飛下去。這些探空氣球,自然就成了天空中的“流浪氣球”。

        流浪流浪,路在何方

        在大氣層中,有一個區(qū)域叫西風(fēng)帶,“流浪氣球”能順著西風(fēng)帶環(huán)游地球,所以人們經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)一個國家的氣球出現(xiàn)在另一個國家的領(lǐng)空上。這算不算侵犯別國的領(lǐng)空呢?由于很多國家都簽署了相關(guān)的氣象探測協(xié)議,所以“流浪氣球”的出現(xiàn)并不會引發(fā)爭議。飛機的飛行高度一般在10 千米左右,即使是戰(zhàn)斗機也很難抵達30 千米的高空。我飛行的高度,連普通的防空導(dǎo)彈也難以企及,因此,大多數(shù)時候人們對探空氣球也是無可奈何的。所以,就讓我去實現(xiàn)我的流浪夢吧。

        未來還能流浪嗎?

        有“可可豆”或許會問,如今的太空中滿是氣象衛(wèi)星,它們可以更加全面地觀測大氣中的各種數(shù)據(jù),那么我們探空氣球是不是到了該退休的時候了呢?

        非也,非也!衛(wèi)星觀測的數(shù)據(jù)大多是通過拍照或電磁波探測獲得的,它們并沒有深入到大氣之中,而這正是我們探空氣球所擅長的。所以,我們探空氣球依然是綜合氣象數(shù)據(jù)研究中非常重要的一個部分。

        除了帶著設(shè)備飛向高空,我們還能通過系留纜繩與地面錨泊設(shè)施連接,這時的我們被稱為“系留氣球”。系留氣球無法流浪,但可以攜帶設(shè)備停泊在空中合適的位置,起到特殊的作用,例如在災(zāi)害發(fā)生時,充當飄在空中的臨時通信基站。

        瞧!未來的我們,依舊大有可為!

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