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“天气瓶”百余年前的航海之行

“天气瓶”曾在气象科学不发达的过去发挥过一定作用,尤其在航海领域,在一定程度上保护航海家们躲避恶劣天气。但为其确定配方的菲茨罗伊船长仍旧认为,气压表和温度计在长期实践中被证明是更为有效的工具。

  天气变化、玻璃瓶、透明溶液、结晶体,这些看似互不相关的事物组成了时下网上流行的小礼物——“天气瓶”。但你是否知道,在“天气瓶”诞生之初,一位气象学家船长为其确定配方,并用来观测天气的故事呢?

  “在水滴形的玻璃容器里,晶莹剔透的结晶体随天气变化翩翩起舞。当瓶中液体浑浊朦胧,天空将变得多云阴郁;液体清澈干净,则天空将万里无云……”这是网上商家对“天气瓶”的描述,它不仅能够充当装饰品,还有着“预测天气”的功效。那么,这个小东西真的有那么神奇吗?

  让我们来看看“天气瓶”溶液的基本配方,它包括蒸馏水、乙醇、樟脑、硝酸钾与氯化铵。随着环境的变化,溶液确实会产生结晶,且结晶形态不断变化,变幻莫测而富有美感。这些变化正是由天气瓶中溶液的成分所决定的。

  日本科学家长岛和茂带领的研究团队曾专门进行实验,对天气瓶的结晶条件和结晶成分进行了验证。X射线衍射结果显示,天气瓶中美丽的结晶就是樟脑晶体,氯化铵与硝酸钾在这个体系中并不会发生结晶,但它们的存在可以提供晶核。实验还发现,环境电场、磁场、湿度、气压这些因素对瓶中晶体的生长都没有影响,真正造成影响的主要因素只有环境温度以及温度变化速率。在这个体系中,当温度下降到30℃以下时,樟脑就有可能结晶了。而降温速率可以极大地影响结晶形状。结晶在降温快的时候会变成雪花状,而降温慢时则倾向于针状。

  从这一研究中可以看出,“天气瓶”中晶体的变化只能反映气温的变化,气压、湿度等关键要素都无法得出,更不能量化。其预测天气的功能实在无法期待。

  在19世纪中叶,气象学主要应用于航海业或渔业,美国和欧洲的一些国家建立了气象部门。气象学在避免风暴带来的经济损失和人员伤亡时得到了认可。而“天气瓶”诞生之初,其名称就叫“风暴瓶”(Storm Glass)。

  “神奇的‘天气瓶’曾在达尔文与‘小猎犬号’那次著名的航行中被使用。”在商家这句宣传语中,我们可以觅得“天气瓶”在历史上留下的蛛丝马迹。

  相信很多人都听过达尔文航行的故事:这位伟大的博物学家、生物学家搭乘“小猎犬号”进行了长达5年的科考之旅。而这次旅程正是促成他提出自然演化理论的契机。不过,人们可能并不知道这艘声名远播的英国海军舰艇和气象学的密切联系。事实上,这艘船的船长就是一位气象学家,名叫罗伯特·菲茨罗伊。“天气瓶”正是由他确定了配方,并在此次航行中使用。

  在那个时代,菲茨罗伊所能掌握的专业气象知识非常有限,不过他还是尽自己所能进行了一些天气预报业务的尝试。“气压下降可能会导致风暴出现”是那时人们比较信服的天气规律,因此,在1854年建立英国气象办公室时,菲茨罗伊沿着英国海岸线建立了气象观测站网,尝试进行风暴预警。

  菲茨罗伊所关心的另一件事,便是提高公众的天气素养。他在1863年出版了一本名为《The Weather Book(天气之书)》的书,总结了自己和其他几位同仁的气象观测经验,深入浅出地介绍了当时的天气学、气候学、地理学知识,并对实现天气预报的未来提出美好畅想。他认为,每一个受过基础教育的公民都应该具备基本天气素养,在每天的生活中运用天气学,使生活更美好。在书中,他介绍天气观测方法,试图培养公众科学观测、认识天气的意识,详细讲解了如何在自己家里配置气象仪器,并进行简单气象观测,绘制天气图,分析气象观测资料。

  菲茨罗伊还在书中讲述了他近40年的航海经历。在航海过程中,由于没有陆地和房屋庇护,人们完全暴露在极端天气的巨大力量中,飓风、暴雨、闪电都是致命灾害。菲茨罗伊在航海过程中,对观测、预测天气进行了长期实践,“天气瓶”则是他在尝试过程中使用的工具之一。

  值得一提的是,相比“天气瓶”,菲茨罗伊认为,气压表和温度计在长期实践中被证明是最为有效的工具。菲茨罗伊在书中不无骄傲地提起,他是如何利用气压表和温度计观测天气,并成功进行预测,从而多次避免重大损失的。而有些船长狂妄自大,只看指南针,对观测天气不屑一顾,因此惨遭风暴袭击。

 

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