我們都見過這樣的情景:巨大的彩色熱氣球升入空中,越漂越遠,直到變成遠處的一個彩色小點。它們看起來很幹淨——有什麼能比加熱的新鮮空氣更純淨呢?
但是在過去,熱氣球是很怪異的。在1783年6月,法國蒙戈爾菲耶家的兄弟倆,約瑟夫和雅克進行了熱氣球的首次試驗。他們注意到煙霧會上升。因此,他們聚集起一堆潮濕的稻草和羊毛,並把它們點著。然後他們使用這烏黑刺鼻的濃煙使熱氣球升空,這個熱氣球有35英尺高,是由紙和布料製成的。
幾個月後的9月份,這兄弟倆又有了新主意。他們到凡爾賽宮向法國的國王和王後演示他們的新發明。不知什麼原因,他倆決定往燃燒的稻草和羊毛裏麵扔一些舊鞋和腐肉。“這可真是個好主意啊!”國王和王後走近想看看是怎麼回事,卻被臭味熏跑了。
一加侖的熱空氣比一加侖密度較大的冷空氣含有更少的分子。
但是熱氣球的乘客沒有這樣的選擇權。兄弟倆把一隻鴨子、一隻公雞和一隻羊栓在了臭氣球上,把它們三個送上了高空。幸運的是,它們毫發無損地著陸了。
11月份,兄弟倆的熱氣球把人也送上了天空。兩個人坐在藤條籃子的兩頭以保持平衡,並且拚命往他們頭上的爐子裏麵填稻草。奇怪的是,兄弟倆自己沒有選擇當乘客。
今天的熱氣球安全多了,也沒有那麼臭。籃子裏的丙烷加熱器不斷加熱上方氣球裏的氣體。現代熱氣球通常使用熱空氣。如果是為了長途飛行的話,會使用氦和熱空氣的混合物。氦是地球上第二輕的元素。(聚會用的氣球充滿了氦氣,如果你放開線繩,氣球就飛到高空了。)
為什麼不在熱氣球裏使用最輕的元素——氫呢?曾經有人這樣試過,但是氫極易燃燒和爆炸。(想一想興登堡號飛艇災在1937年的新澤西,這個充滿氫氣的德國飛船爆炸起火,燒成了灰燼;還有美國的挑戰者號宇宙飛船,也發生了氫氣燃料的爆炸。)
熱氣球能升起是因為,它自身和它包含的氣體比周圍的空氣要輕。塑料或絲質的熱氣球,還充滿了氣體,怎麼可能比周圍的空氣輕呢?原因很簡單——氣體被加熱時會發生膨脹。所以,一加侖的熱空氣比一加侖的冷空氣包含更少的分子。因此,一個充滿熱空氣的熱氣球,比相同體積的冷空氣要輕,所以就升空了。
古希臘科學家阿基米德指出了這種現象的科學定律:
浸在液體中或浮在空氣裏的任何物體,都會受到一個向上的推力,這個推力和與物體相同體積的液體或空氣的重量一樣強。如果這個推力大於物體的重量,那麼物體就會上升。
要親自驗證這個原理,你可以試著把充滿氣體的氣球向水裏麵推。因為氣球和內部空氣的重量小於與氣球大小相同的水的重量,所以氣球會浮在水麵上。
信息速遞
熱氣球攜帶科學儀器飛往高空(高達130000英尺,或是噴氣客機飛行高度的4倍),飛到一定高度後在低壓中爆炸。於是,科學儀器一邊降落,一邊進行探測並讀取數值。