第8章 解开风中密码
灰眼阿西娜给了他们温和的顺风,一道清新的西风,吟唱于暗沉如酒的海面之上。
——荷马(Homer),《奥德赛》(The Odyssey ),约公元前8世纪圣经《约翰福音》第三章第八节说:“风随着意思吹,你听见风的响声,却不晓得从哪里来,往哪里去。”
吹动的风引发我展开这次理解自然运动的探索。但是风受损根本不是什么独特的经验,而是全球各地文献中习以为常的情景。不可见的物体毁坏了家园,其产生的忧虑引发了一代又一代的恐惧。
但我知道我得到哪里去。到向来是北半球最多风的地方去,那里的风速表所测到历来最快的阵风纪录维持了半个多世纪。那次的阵风相当于EF4级龙卷风的中心风速。 [1]新罕布什尔州的华盛顿山所保持的,不仅是吉尼斯式的纪录。这座山的阵风名闻遐迩,让人们渴望亲自来一次风的体验。为了容纳这些人,该州建造了一条通往山顶后方的道路,当时正值林肯主掌白宫的时期。从那时起,已经有很多寻求冒险的家庭完成了朝圣之旅,这场冒险还有一张自夸的特大贴纸加持认证。
当然,我可以偷懒地坐上我那架四人座老飞机,自己驾机飞过那1917米的山顶,但这么做怎能体验到那山顶上名闻遐迩的风呢?除此之外,我也很害怕。风在山区四处肆虐,华盛顿山的古老地形更使出全力迫使空气通过狭窄的漏斗状通道。我曾读过记载:一架波音707喷射客机在1966年3月5日飞过日本富士山附近,不幸因山理学因素引发乱流把客机的尾部给扯掉了。 [2]在古代,有谁能对空气涡流有初步了解?有谁能想象出使地球5000兆吨气体开始常年运动的任何机制?古代没有人能处理气态领域这些是何物、会怎样或为何的问题。进展最多的西方人是亚里士多德,他宣称空气是一种喜欢往上升的“元素”。
人们倒是在问移动的空气能带给他们什么好处:里头有什么可为我所用吗?最早在古代人心中点亮的科技灵光之一,就是运用空气作为免费动力来源的这个想法。
打从有历史记载以来,空气能源就得到了充分的利用,即便稀少的全球人口一直到基督时代都还没达到2亿。尼罗河沿岸的风力推动船只可以远溯至公元前5000年,到了圣经时代,帆船已是常见的景象。
经过了漫长得惊人的时间——最早的船帆扬起后又过了整整5000年——流动空气才被应用在机械上。中国人夺得头筹,大约是在公元前200年左右,他们竖起了风车,并给这些风车装配齿轮,汲水用于灌溉。不久后,这个点子传播到中东,那里的住民建造了风车,这些风车装有以芦苇编织而成的帆,并以齿轮带动垂直转动的杆子以碾磨谷物。
波斯人接下来运用风力,在公元250年之前将其引进到仍在罗马帝国统治下的欧洲地区。又过了科技进展慢到令人心痛的几个世纪,风车升级到2.1版本,其特色为材料更好,比如使用了金属齿轮,以及更大、更有效率的风车叶片。这些风车出现在7世纪的阿富汗和13世纪的荷兰。这些更大型的构造物气势磅礡地排光沼泽的水、滋养农田,最后甚至汲水供应19世纪美国拓荒者一路向西。
尽管如此,似乎没有人急着想要弄清楚到底空气是什么,或者空气向上延伸到哪里,或者为什么空气就得要随时都在缓慢移动才行。
没有人猜到空气是不同气体的混合,每一种气体各有不同的性质。没有人对下面的怪异事实感到困惑:风的行为变化无常,不同于让人习以为常的潮汐、季节雨以及作物和昆虫可预测的周期性,诸如此类。
有时连一丝微风也没有,却可以在一小时后狂风怒吼。强风往往伴随雷雨,然而万里无云的天空也可以吹来同样凶猛的风。日常环境的其他方面没有一个表现出如此狂野不羁的随兴所至。
即使到了20世纪初,还是没有人对气团的明确定义有所认识。一直到第一次世界大战后,人们才打造出一个犀利的词,用以描述此一崭新观念:两个气团交锋导致交界沿线出现狂风暴雨的天气。
真正有意思的发现是从18世纪开始,接着在19世纪加速。但有些出色的思想家在更早之前就做出值得赞许的贡献。
亚里士多德在公元前350年造出meteorology(气象学)一词,希腊文的意思是“高高在天上”的科学。但对于大气及其丰富、广袤且多变的古怪举动的研究,或许在此前500年的印度就热切展开了——在编纂古代神圣经典奥义书(Upanishad,古代印度教对于教义的哲学思辨作品总称)的时候。这些作品详细讨论云的形成和雨的产生方式,甚至把此种现象归因于地球绕日运动所导致的季节循环。 [3] 公元500年左右,古印度数学家、天文学家瓦拉哈米希拉(Varāhamihira,505—587)撰写了经典的梵文著作《Brihat Samhita》,阐述复杂的大气过程,如水的循环、云的构成和日光加热导致的温度变化。
又过了500年,西方世界沉睡未醒。那是黑暗时代,在希腊黄金时代及古代的印度和中国曾如此令人憧憬的前进脚步,直到16世纪才停滞。或者说,他们是这样教我们的。大家都忘了有美好的四个世纪,在当时的波斯和中东,知识得到赏识,那是阿拉伯科学的黄金年代。
一边处于黑暗中,另一边却沐浴在阳光下。
这个时期有一位我心目中的英雄。公元965年生于今日伊拉克的巴斯拉(Basra),他是海什木之子、哈山之子、阿里之父哈山(AbuAli al-Hasan ibn al-Hasan ibn al-Haytham),阿拉伯世界熟知的称呼是海什木之子。我们就别虐待自己了,用他的拉丁化名字来称呼他吧——阿尔哈金(Alhazen)。
他对希腊的认识广博,笔下对亚里士多德颇为赞许,对托勒密则不以为然。他采取了一种开创性的作法,不是空谈理论或玄思冥想,而是进行缜密的实验。
1021年,阿尔哈金成了精确描述空气如何使光弯曲或折射的第一人。他经由严谨的观测,证明大气层如何造出曙光,还说第一道曙光开始于太阳在地平线下19度时。今天的现代数据是18度。
而更令人印象深刻的是——这也是我为什么要为他喝采的原因——他是最先运用科学方法获致真理的人士之一(而且很可能还是第一人)。阿尔哈金运用复杂、精确的几何计算,定出地球的大气层高度为——麻烦请击鼓——52,000跨(passuum)。
没令你们印象深刻吗?那是因为你们最近大概没用过拉丁制的长度单位。这个单位等于1.5米。数学计算一下,你就会得出阿尔哈金关于我们大气层高度的数值为79千米。
回顾当时,没有人——绝对没有人——对空气向上延伸多远有一丁点的线索,甚至不知道空气向上有没有尽头。因为当时不管是谁都认为,空气有可能延伸6.4千米,也有可能是640万千米。阿尔哈金说是79千米。现在大多数权威机构都将此数定为84千米,那是中气层(mesosphere) [4] 的顶部。然而在西方,有谁曾经听说过阿尔哈金呢? [5]如果阿尔哈金在西方有什么名气,那是因为他发明了针孔照相机,而我诚挚希望每个人都有机会体验一下,因为它真是令人惊叹又有趣。偶尔,当一丁点光线穿过遮光屏上的孔洞射入黑暗的室内,你就可以亲眼看见类似的效果。赏心悦目、鲜活生动如电影般,这个世界的种种细节被投射到墙上、天花板上,很能吸引目光。阿尔哈金的沙漠同胞一定很着迷。阿尔哈金也发现了折射定律,而且能够把光分离成其原色。他研究日月食和光学,并且正确理清其背后的数学问题。
他有时间做这么多研究和实验,大概是因为他很乐于和研究他的人分享一个故事。这个奇怪的故事要从他还住在巴斯拉的时候说起,而且会提到尼罗河著名的年度泛滥。有一回他过度自信地写道,借助水库和堤坝系统,轻而易举就能控制这条河流毁灭性的秋季泛滥,而且这套系统或许可以用来储水以供漫长的干季使用。对他来说,想象这样的技术并不难,但天真地发表这些冥想结果,却在无意中为个人生活的改变埋下了伏笔,这些改变如果参照现代的何慕思与雷伊压力评量表(Holmes and Rahe stress scale),都是名列前茅的压力项目。
当阿尔哈金抵达开罗,那位众人口中没耐性、讨人厌的哈里发听人说过阿尔哈金的主张,便召他前来并说道:“好吧,把它做出来。”阿尔哈金被带去参观各个泛滥的平原。我真希望能看到他的反应,一定是脸色惨白的样子。亲身考察泛滥区之后,务实的阿尔哈金马上就知道自己的计划不可能奏效,怎么样都不可能。
但他并未冒着被嗜杀成性的哈里发斩首示众的危险承认自己的错误,而是下了一步险棋。他用的是后来被逃避越战的充员兵发挥到淋漓尽致的技巧:装疯。照他的盘算,哈里发只会把他扔到街上就算了。
他错了。统治者反倒下令将他锁起来,终生软禁,再也不准他享有自由或与公众接触。
这个好坏参半的故事的结局,是阿尔哈金从1011年开始,有整整十年无事可做,只能埋头撰写无数出色的论文,包括那本以光学为主题、在七个世纪后与牛顿那本书平起平坐的知名著作。 [6] 哈里发死于1021年,他终于被释放,那一刻他总算摆脱大概已经擅长的装疯举动。
下一次揭露空气的秘密要到500多年后才开始,而且牵涉到或应分开考虑的各个不同的方面。比如,考虑空气的压力或重量。众所周知,地球表面每平方英寸(6.5平方厘米)承受着重达近6.8千克的空气柱压力。在现代,我们在快速移动的电梯中或飞机下降时就体验到这一点:我们的耳朵会胀。
我们已经习惯了。但亚里士多德,在某个心情欠佳的日子,坚称空气根本没有施加任何重量在我们身上。一向不遗余力去破旧的伽利略,顺服地接受了亚里士多德不正确的判决,一点异议也没有。
这是意大利物理学家暨数学家托里拆利(EvangelistaTorricelli,1608—1647)在1608年诞生于教皇国领内的法恩扎(Faenza)当时的思想氛围。他是另一个未获歌颂的英雄,尽管时至今日几乎无人知晓,但他就是想出风为何会吹动的那个人。
托里拆利4岁丧父,由叔父抚养、教育,在耶稣会学院研读数学。
24岁时,他读了伽利略的《关于两大世界体系的对话》(DialogueConcerning the Two Chief World Systems ),并写信给这位伟人,表明自己也相信哥白尼的日心模型。这是讨易怒之人欢心的一种快捷方式。
虽然托里拆利还不知道,但在行文中提出这个意见是有危险的,因为第二年,1633年,伽利略就受到梵蒂冈谴责,而且差点因为这个信念被烧死在火刑柱上。耶稣会也不可能接纳这样的异端还能全身而退,托里拆利此后便保持沉默。
不久后,沦为囚犯的大胡子伽利略邀请托里拆利来访,托里拆利也接受了,不过他明智审慎地等了五年才现身伽利略家门前。大约就在这时候,他对空气的理解开始有了科学上的突破,并就另一位意大利数学家暨天文学家贝尔蒂(Gasparo Berti,1600—1643)引出的一项非常令人困惑的课题,与伽利略进行一番脑力激荡,但无定论。
1639年至1641年间,贝尔蒂用超过三层楼高、注满水的垂直玻璃长管进行实验。先用软木塞把玻璃管的两端堵住,再把底端放进水池中,然后拔掉底端的塞子。接下来发生的事令人莫名其妙地搔起头来。
有些水漏进水池里,但大部分的水留在管内。在高度10.7米处——三层楼半——水面略略稳定下来,在圆柱顶部留下一段空无一物的空间。问题在于,为什么水总是维持在那个高度上?
密闭的长水柱总是在10.7米高的时候停止排出,始终没有显著的出入。伽利略相信顶部的真空有足够的吸力把那些水的全部重量往上撑,就像注满牛奶的吸管——只要你一直用手指盖住一端,牛奶便会维持满管。
但托里拆利在1644年偶然想到一种不同的解释。如果不是真空吸住和支撑着水往上,而是我们的大气重量下压池面、支撑管内的水呢?换言之,或许这套装置就像一具天秤。也许这具天秤在秤池面上的空气重量,而这些空气向下的压力正好足以维持10.7米高的水柱。
他也注意到另一个怪异之处:水位每天都在改变,上、下各约0.3米。
贝尔蒂和托里拆利不断订购这些特别订制、易碎到令人沮丧的四楼高的玻璃圆柱,还叫木匠在他们的住所打造专用开口,好让这些玻璃圆柱向上伸出,其他人则趣味盎然地关注他们的实验进展:这该死的现象的真正意义到底是什么?如果早个一世纪,那些悬在上头的水柱就只是自然界的怪事一桩,数千怪事中的一桩,顶多只换来人们耸耸肩膀。但在17世纪的意大利北部,自然界的小瑕疵变得令人着迷。
这些瑕疵像某种虚无缥缈的黄金国一样招着手,应许着揭开背后的深奥秘密。
那些管子——那些怪里怪气、庞大笨拙的玻璃管子,令托里拆利的街坊邻居流传着“巫术魔法”的耳语。他已经和他的盟友伽利略躲过一颗子弹,但有可能还会再次惹上麻烦。托里拆利急着要中止所有盯着他那怪异的穿顶吸管看的目光,加上他也实验过在管子内注入比较重的液体,包括蜂蜜,因此灵机一动,想到一种真正便携设备,可以藏起来不被窥视的目光看见。因为液态汞——当时称之为水银(quicksilver)——比水重4倍,装着这种液态金属的管子可以很短,而且还可以用于进行他的实验。于是,托里拆利给一根管子注入液态汞,只有大约1米高,然后放进一个也注入液态汞的盆子,就这样创造出第一支气压计。
气压计的液位天天有变化,相差可达2.5厘米之多,而且托里拆利做了正确的推测:推挤盆内汞池的空气重量必有约3%的变动。液位变化的方式也令人好奇:汞在凉爽、晴朗的日子往往位居最高点,天气刮风下雨时则在最低点。
后来法国数学家暨物理学家帕斯卡(Blaise Pascal,1623—1662)在1646年听说了托里拆利的仪器,以及到底是什么让那些水柱、汞柱如此古怪挺立所引发的骚动。是管内真空在拉引,还是管外大气在推挤盆内或池内的液体?帕斯卡灵光一闪,想到一种一劳永逸的解决方法。
如果空气有重量,那么当一个人爬上山,空气的重量就会少一些。按逻辑来说,气压计的水银柱在高处会显得比较低。真的吗?帕斯卡请他住在山区的表兄去进行这项决定性的实验。1648年9月,汞柱高度在多姆山(Puy de DÔme)山脚下做了记录,然后在攻顶过程定时加以记录。答对了:爬得越高,气压计读数越低。而且还不只低一点点,没什么隐晦难明的。每上升约300米,汞柱就直落整整2.5厘米。
在1463米的山顶上,测得汞柱为62厘米高,而不是山脚所见的74厘米。
结案。帕斯卡不只证明了大气的重量,还发明了实用的高度计,可用来查出自己的海拔高度。今天,采干式膜片而非汞的新机型让飞机座舱更加美观。
1644年,托里拆利写下这段著名的文字:“我们浸浴在必不可缺的空气之海的底部而存活,而这空气,根据无可争辩的实验,已知为具有重量。”没过多久,他也就空气运动成因发出全世界第一则科学性描述:“风的形成是地球上两地区之间的空气温差乃至密度差所造成。”
托里拆利接着又设计并打造显微镜和望远镜,但他活不到举世闻名的那一天。就在帕斯卡证明他的观点正确的三年后,托里拆利在佛罗伦萨感染伤寒,死于39岁那年。
但他的发明风靡一时。我们已经说过,人类对感知模式很敏感,而气压计每天的升降与天气晴雨之间的趋向有着饶富趣味的关联。这可是一部预报机呢!
人人都想要一部那样的预报机。到了1670年,许多钟表匠开始为有钱的客户制造气压计。一个世纪之后,大部分的上流阶级家庭都把华丽的木质气压计摆在显眼处展示,上头装饰着富丽堂皇的镶嵌设计。1670年至1900年间,西方世界有超过3500家注册登记的气压计制造商。
1860年前后,大不列颠海军上将费兹罗伊(Robert FitzRoy,1805—1865),也就是达尔文踏上他那趟著名旅程所搭乘的“小猎犬号”的前任舰长,开始发表与气压变化相关的预报技巧,并解释复杂难懂的新发现。例如,他发现不寻常的强烈高气压和低气压,加上压力快速变化,随之而来的往往是狂风大作,因为空气抓狂地想从高压区到低压区去。从那时起,所有水手不管要航行多远的距离,不先“咨询”气压计就不能安心。气压的变动就是这么重要。 [7]今天我们都听说过很多令人着迷的气压事件。当你前往高于海平面的新位置,每爬升300米,温度就下降大约2.8摄氏度。这很可观。
这意味着海平面以上1500米的丹佛,比纬度相当的海平面城市整整冷了约13.9摄氏度。
由于下层空气受上面全部的总重量压缩,整整一半的大气层都位于18,000英尺(约5486米)以下。因此,当位于这个高度时,气压计的数值会降到海平面读数的一半。
想知道那上面是什么样的感觉吗?是你可以更贴近的感觉。你能轻松攀上的最高点,而且双脚依然踩在地球上,不在欧洲或美国,而是在南美洲。我在1988年去过那儿。你先飞到梅里达(Mérida)这座委内瑞拉城市,四周为该国极西地区的安第斯山所环抱,那里已经有1.6千米高。然后搭乘让你惊叹到喘不过气来的缆车,悬在空无一物、高不可测的半空。缆车垂直爬升惊人的3000米——相当于九座帝国大厦叠起来。你不停往上,随风摇摆,直到抵达4764米的高度。此时,你人在埃斯佩霍峰(Pico Espejo)山顶,不远处就是著名的玻利瓦尔峰(Pico Bolívar)峰巅、委内瑞拉最高点,只比这里高213米。
上飞行课时,他们告诉受训飞行员,有些人仅仅1500米就感受到高度效应——毕竟小飞机很少有增压设备。因为生活在高海拔地区或在那里待上一星期的人,其血液中的红血球比住在海平面地区的人多得多——除非你的条件像绿巨人浩克那么好,而且将他原有的血液组成大幅升级——你一到埃斯佩霍峰,马上就会头晕目眩,说不定会异常愉快,多走几步便筋疲力竭。你可以在那儿做些高海拔实验,如果你能记住刚刚那一瞬间你正在做什么的话。然而,安第斯山这个高高在上、优美如画的歇脚处,仍然比半个大气层的门槛低了600米。
为数不多的喜马拉雅山登山客已经越过这门槛,甚至不戴氧气筒体验过圣母峰的8848米 [8] 。当然,他们根本是太空异形。
别提爬山了。如果我们坚持尽可能直接开车上山的懒人想法,印度西北部、喜马拉雅山北方的列城(Leh)周边有几个地方,那儿坑坑洼洼的泥土路经过几处5100米高的垭口。还是没有刚好在那神奇的18,000英尺、外层空间中途站的里程碑上。如果是这样,据说有一个汽车可通行的垭口,叫作苏格垭口(Suge La),在西藏拉萨的西方,高5430米,还有色摩垭口(Semo La),高5565米,在西藏中部的拉卡与措勤之间。如果你去过这些地方,麻烦跟我联络一下。
当你攀升到新高处,一般来说风速会增加,而水的沸点每300米左右会掉约0.8摄氏度。这就说得通了。雪巴人只是耸耸肩,送上一杯微温的茶,因为水还没煮到很热就先沸腾了。
利用真正的高空气球,尤其是安装在火箭上的仪器,我们会有更加不可思议的发现。20世纪50年代,科学家发现一条可怕的线,叫作阿姆斯特朗线〔Armstrong''s line,与登月第一人尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)无关。此一命名是要纪念哈利·阿姆斯特朗(Harry George Armstrong),他在1946年至1949年间指挥德州圣安东尼奥附近的兰多夫菲尔德市美国空军航空医学院(United StatesAir Force''s School of Aviation Medicine at RandolphField)〕。这条线标定在18,900~19,350米之间,也就是19.3千米高,这是水会在体温值沸腾的海拔高度。在那个高度,暴露在外的体液——像是你眼睛里的体液、你的唾液,以及在封闭加压的静脉和动脉之外的任何血液——直接沸腾蒸发掉了。这对你来说可不是件好事。
至于高空的空气运动,我自己开飞机每次做飞行前检查都会用到一个很棒的飞航资源,美国国家气象局的航空数据数据服务网(http://aviationweather.gov/adds/winds),检查各个不同高度的风势增强状况。行文至此的当下,俄亥俄州地表平静无风,但900米高处的风以每小时32千米的速度吹拂,1800米高的风以每小时56千米的速度呼啸而过,7200米高的风以每小时185千米的速度发出尖鸣声,而11,000米高处的风则像龙卷风般刮出每小时290千米的速度。
这叫喷射气流。那是一种奇特的狭窄圆柱状超快西风,其他行星上也有这种风。1883年,科学家在著名的印度尼西亚喀拉喀托火山(Krakatoa)爆发后观看天空时发现了它,他们看到高空火山灰以极高速向东而去,便称此现象为赤道烟流(equatorial smokestream)。然后在20世纪20年代,日本气象学家大石和三郎多次侦测到同一高度的风从富士山向东而去,于是放出气球加以追踪。但经过第二次世界大战的飞行员确认,的确,如果你的飞机跑进喷射气流里,每小时的速度就能增加多达320千米。这有助于解释为何横贯美国东西岸飞行时,向东飞省了一小时,喷射机进行这趟旅程所用燃料少了20%。但那个方向的航班并没有提供折扣优惠,真是怪了。
我终于抵达新罕布什尔州北部的总统山脉(PresidentialRange),密西西比河以东人口最稀少的地区之一。我转身进了公园入口,买了门票。我到那儿后,听人说车子最好车况良好,才能爬上华盛顿山,而且刹车最好是好到能应付一路不停的下坡,有些型号的车根本不准上路:例如,你必须有一挡可用。我有一挡,所以我踩下油门,我的Solara敞篷车一边对倾斜的路面嗡嗡地抱怨着,一边开上建于1861年的道路。
我没有在合适的时候登山,没机会目睹人们被吹得双脚朝天。8月,我人在那儿的时候,山顶平均风速是每小时38.6千米,只有1月的一半左右,那时候的状况会令人抓狂。华盛顿山历年的1月份当中,有五次遇上了速度为每小时超过274千米的阵风——和等级最强的飓风一样。但夏天从没发生过这种事。这是个极端之地,但我的戏剧性故事在哪里?
我安排了采访华盛顿山的科学家,他们要在山顶天文台一口气住上八天。我在寻找特定的信息,探听把人吹下山的精确风速值,那种生动刺激、能带出戏剧性影像的统计数据。但克拉克博士(Dr. BrianClark)有优秀气象学家的谨小慎微,不肯给我资料。
“没有什么一定能把人打倒的风速门槛,要看个人的身高和体格而定。”他这么解释。
“那,什么样的风速会把你吹翻?”我这么问。
“看情形。相对于你还能弓着身子前进的稳定风势,要在非常爆发性的阵风中维持站姿,那就困难得多了。”
“有多爆发?”
“看情形。”
我一点进展也没有,决定换一招试试看。
“听着,你们自己的媒体公关露蒂欧(Cara Rudio)已经告诉我,当阵风达到八十几快九十或九十出头的速度,大多数的人都会被吹得双脚朝天。你同意她的说法吗?”
“她这么说?”
“没错。”
这让克拉克顿了一下。接着他坚称,经验丰富的专业人士每隔一小时要冒险出去把仪器上的冰清掉并记录读数,就算风速每小时超过160千米,他们通常还是站得稳稳的。他解释,毕竟所有工作人员都受过“滑步”训练。
“这个嘛,”他终于勉强承认,说,“风速每小时240千米时,我猜不可能有人还站得住吧。”
这个地方为什么这么多风?似乎华盛顿山就坐落在完美风暴的地点,汇聚了三条主要的风暴路线,加上它高耸于周遭地景中,更助长了风势,再加上漏斗效应(funnel effect),就像化油器里的文氏管。以人类(相对于非人的仪器)所观测全世界历来最高速的阵风而言,华盛顿山依然保持纪录:风速为每小时372千米,记录于1934年4月。
托里拆利证明空气因压力差与温差而移动之后,“空气到底是什么”这个小问题依然存在。这需要再多努力一整个世纪。就在美国革命爆发前,这项知识经由一连串的发现达标了。
结果证明,空气是大约78%的氮气和21%的氧气简单混合而成。其他的全都是锦上添花——合起来不到1%。而且在剩下的这1%当中,氩气——所有灯泡里都有的惰性气体——占了0.93%。氮、氧,好吧,氩也算一份好了,也是空气中的三大气体。现在你已经鉴定出99.93%的大气(这是指大气干燥的时候。水蒸气的情况随地点不同而有很大的变化,因而在此类讨论中通常略去不计)。
氩气之后,等而下之的零碎材料,像是二氧化碳,仅仅只有1%的二十五分之一,除了温室效应的恶名之外,根本很少出现。不过,它是在其他气体之前就先被发现的。
那是因为各种化学反应都很容易排放出二氧化碳,像是你撒了一点烘焙用的苏打到醋里所发生的那种反应。二氧化碳很容易产生,因此很容易被发现。空气的两大成分有点难以捉摸,但几乎是同时解析出来。氮在1772年被鉴定出来,氧是在1774年。两者的区别一看就知道:一种是生命和燃烧作用的基础,另一种则否。
这个非氧的大角色很快便博得可怕的名声。氮气发现者、苏格兰化学家暨植物学家拉瑟福德(Daniel Rutherford,1749—1819)称其为毒性空气。其他化学家提到氮气时,叫它作燃烧过的空气。“现代化学之父”法国人拉瓦节(Antoine Lavoisier,1743—1794)称氮气为azote,从希腊文azotos而来,意思是“无生命的”。老鼠放在氮气里很快就死了。但把地球大气的主要成分正式命名为“无生命”,可能会有点毛骨悚然。氮气被发现整整十八年后,这个名称才被提出来。
至于氧气,这是维持生命的珍贵元素,当时人人都想加以解析出来。因为——不同于“内向”的氮气——氧气迫切地和大多数元素结合,构成我们身体三分之二的重量。氧本身就占了月球质量的一半,当狼群响应着弯弯新月,基本上,这是一幅氧对着氧在嚎叫的画面。
[1] 在某些引用资料中,澳大利亚巴罗岛(Barrow Island)获颁史上最强阵风奖——风速是每小时407千米。那是在1996年4月10日热带气旋奥利维亚(Olivia)肆虐期间记录到的,超越之前1934年4月12日在华盛顿山创下的每小时372千米纪录。不过,华盛顿山纪录是在平常日,不是气旋发生期,而且不管怎么说,新罕布什尔的山区有较高的持续性平均风速。因此,它应当有资格留下“全世界最多风”的称号。
[2] 那是一次可怕的空难。经验丰富的机长想让乘客们看看日本圣山的美景,而他没有接获当天乱流非常严重的警告。飞机解体坠毁,113名乘客及11名机组人员全数罹难,包括75名明尼苏达州明尼亚波利斯市的冷王公司(Thermo King)员工及其家属。这场意外让63名儿童成为孤儿。这——以及在我驾驶飞机的2000小时期间所经历的几次可怕经验——让我对于风速高于每小时48千米的山区飞行格外谨慎。在华盛顿山的上空及周边,风速往往是它的3倍。
[3] 此处仍是日心说,时间是哥白尼和伽利略的几个世纪前。
[4] 中气层为离地50~85千米的大气层,陨石开始燃烧之处。——译者注
[5] 真的没有什么神奇数字可以标定我们的大气层在何处结束,因为空气并不是在某一点乍然而止。不过,比地表上空84千米还高的地方,所存在的原子少到阳光不再有可堪测量的折射。在那个点上,我们看不到可堪侦测的光,不过还是会出现一些令人好奇的大气现象,像是流星燃烧(96.5~128千米之间),还有极光(96.5~193千米之间)。甚至在37千米以上,空气就太过稀薄而无法支撑任何一种专用飞行器机翼。还有一点要考虑的是,79千米高空不再是暗钴蓝色,而是黑色。
[6] 指1687年发表拉丁文版、1729年译成英文版的牛顿著作《自然哲学的数学原理》。——译者注
[7] 历来记录到最低海平面气压是某个台风眼的62厘米汞柱,也就是870毫巴,最高则为81厘米汞柱(1084毫巴),那是西伯利亚某个异常寒冷的日子,保证可以让你耳朵嗡嗡叫。
冷空气密度比暖空气高,而干燥空气密度比潮湿空气高。因此,干冷空气的分子挤得最紧密。总的来说,这代表海平面气压变化最高可达令人印象深刻的20%。要经历这么大的气压变化,通常需要垂直上升或下降1.6千米,如果你从芬兰区(Fenland District)旅行到本尼维斯山(Ben Nevis),就可以办到了。(芬兰区位于英格兰东部沼泽地,本尼维斯山为苏格兰西部的不列颠群岛最高峰。)
[8] 圣母峰即为珠穆朗玛峰,其海拔为8844.43米。
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