书城科普仰望深邃
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第16章 天象记事(1)

我们通常所说的天,就是我們看得见和看不见的大气,只要你意识到人因此而能自由地呼吸,赞美之慵便油然而生。

天有多高?

天是什么?

天在哪里?

我们通常所说的天,就是我们看得见和看不见的大气,只要你意识到人因此而能自由地呼吸,赞美之情便油然而生。这是地球母亲美丽的外衣,也是地球的保护层,它还是地球生命最初的发源地,所有地球生物不可或缺的生命要素。

你看天空便看见了,什么叫呵护?你看云彩便看见了,什么叫温柔?

如同儿时,扯着母亲的衣襟一样,亲爱的读者,让我们一起借助目光和想像,轻轻地翻动天上的云霓霞彩。

大气如此广大,地球表面的一切均在它的笼罩之下;大气如此深厚,没有任何所谓擎天而立的山脉能够穿透它。这是地球上惟一可让海洋屈居第二的庞大无比的大气之海。当人们为今日世界的淡水、粮食、能源忧心忡忡的时候,可曾想过如果没有大气、没有大气中的氧气,人类及所有的生物几乎就会立即死亡?就大气的重要性而言,也许还远远不止于此。倘若没有二氧化碳,植物便不能制造碳水化合物,而碳水化合物正是一切动物得以生存的食物链的基本环节。再以大气中的雨水来说,正是它的冲蚀以及岩石风化,才会有植物生长必需的土壤。高空臭氧层的默默无闻的保护一旦失去,地球入的生存又如何维持呢?以上例子,不过是大气无私奉献的小小一斑,遗憾的是:世界无一例外地呼吸着大气的人,又有几人是心怀感激的?

我们知道了,大气是由空气和水组成的一种混合物,可以说谁也看不见、摸不着大气,它却是实实在在的客观物质,整个大气层的质量约为531015吨,虽说仅是地球重量的1,但也是一个惊人的数字了。如果在一架巨大的天平上,一端搁置大气层,另一端则需堆放5座喜马拉雅山,才能取得一时平衡。大气质量中的99.99以上集中在50公里以下的范围,大气层越向上空气越稀薄,古人说“高处不胜寒”,我们也不妨说“高处不胜薄”。

无论怎样寒冷怎样稀薄,天上、高处却一直在吸引着人们,从心向往之,到身也能至,腾云驾雾,乘风飘去。

1783年11月21日,法国的孟特格菲兄弟发明并放飞了人类第一个热气球,他们在一个大坑中烧火,把加热的空气灌进气球中,热气球载着两名极有可能粉身碎骨的冒险者飞上了天空,巴黎万人空巷一睹风采。这一个热气球只上升了0.9公里多,但已经是很了不起的纪录了,而且它证实了人可以上天。1804年,法国科学家盖吕萨克和毕奥乘坐的气球,天象记搴升至7.3公里的高空,对于呆在敞开的吊篮里的人来说,已经到了高度极限的临界点。他们测量了高空气温、地磁变化,还带回了稀薄空气的样品。1862年,英国气象学家格利塞升到了8.25公里的高空,在稀薄的大气与零下50摄氏度的低温中,格利塞昏迷了,是他年轻的助手用嘴咬开气门,格利塞才得以保命。13年后天顶号”气球从法国出发向高空飞升,三位带着氧气瓶的探险家创造了升空8.6公里的纪录。可是当气球回到法兰西大地,苏醒过来的只有济山吉一人,科罗契和西维把生命的灵魂留在高高的大气层中了。1892年,无人乘坐的带有仪器的气球,在更高的大气层中获得了不少信息。但是,对于人不能更高地亲临其景的遗憾,促使科学家在20世纪30年代设计成功了密封舱。1931年,皮卡德兄弟的带有密封舱的气球升至0.5公里高空;1938年,名为“探险者二号”的气球升到21公里高空;到1960年,********已能飞升到34.5公里的九霄云外了。

这些简略的记录告诉我们,人类走向空中并探索大气层的飞天之路,是从离地0.9公里开始迈出关键性的一步的。但这不是第一步,人们跳高、爬树、登山,1000年前中国人造的小火箭、巴比伦的登天塔等等,无不源于对太空的向往,相比之下后来的探测大气层,目标更明确且具体了,但有关天上、天堂的神秘之况味,却逊色了。

后来,人们开始给大气分层了。

从地面向上10公里左右的范围,是大气层的最底层,称为对流层。在这一层里,大气温度随高度上升而不断下降,大气活动异常激烈,或升或降或者翻滚,可谓气象万千,瞬息万变。由此形成了多样的复杂的天气变化,风、云、雨、雪、霜、露、雷、雹在对流层中从无止息地酝酿、拥挤、碰撞,所谓有声有色真是尽在其中了。

对流层向上55公里的区域内为平流层,这里温度不断下降的趋势受到遏阻,空气成分几乎不变,水汽与尘埃少而又少,这里是真正的晴空万里。在25公里处,是护卫地球不可缺少也不可多得的臭氧层。

平流层之上是中间层,这一名词是美国地球物理学家查普曼于1950年提出的。这一层的空气更加稀薄,温度变化与对流层相似,偶尔还可以见到一缕缕银白色的“夜光云”。在80公里的高处,温度约为零下90摄氏度。

穿过中间层便是热层-在80公里?500公里之间,大气温度不断升高,在200公里处已高达200摄氏度。气体分子被一分为二成原子,使多处高空处于电离状态,有时能看到瑰丽多姿的极光。

过得热层,500公里以上的大气层便是外层或又称逃逸层了。这里是地球大气的顶层,也是大气层与星际空间的过渡地带。在这一区域内,地球引力已经很小,再加上空气特别稀薄,气体分子互相碰撞的几率甚微,于是便高速地飞来飞去,活蹦乱跳着逃逸而去,游荡在星际空间。

浑然一体的大气在被人们这样分层后,很容易产生一种隔断的感觉,或画面的支离破碎,更何况又有科学家更琐碎地又分出了电离层和磁层。约略言之,这是人类对高空大气层不同作用及功能的认识,只要大气层不被“坏,是完好的,就无伤大雅,人只能做些这样的事情,为了研究和实用。

1957年10月4日,苏联把第一颗人造地球卫星送入地球轨道以来,人类不仅是仰视而且可以俯视大气层了:260公里高空的大气密度只有地面大气密度的104,360公里处的大气密度只有地面大气密度的10一3,七八百公里处气体粒子之间的平均距离可达几百米,远远超过了实验室里可能获得的真空度。但是,这些极为稀少的气体粒子不会全部消失,它们虽然孤单,却总是有所期待,因而不论在什么样的高度,大气密度均不会减少到零,即便在地球引力作用之外的星际空间,依然有某些气体的质点,而不可能是绝对的真空。

大气层是不可分割剥离的。

大气层与星际空间并不存在森然吃立的界碑。

大气层没有上部边界。

关于大气层,最好的说法仍然是“天”,天高云淡,混混沌沌,不知所去,不知所来。

天象记事亲爱的读者,我们或许已经体验到了,大气是外在的,又是深人且深沉的,它滋养生命保护地球,同时自己也在变幻莫测地创造;大气的浩翰是宇宙的浩瀚,而大气的美丽是生命的美丽。大气层严密地包裹着地球,这是看不见的包袠,也是不事声张的保护,而从某种意义上说被誉为光明之源的太阳倒是无情的,由它发射的各种致命辐射线及自太空轰击而下的宇宙射线,如果不是大气层义无反顾地阻挡和吸收,哪会有地球生命与地球景色?它还让流星到达地面之前烧毁,只留下一束耀眼的光;它隔开了太空的严寒,积蓄着太阳的热量;它调剂着大气中氧气与二氧化碳及别的气体的适当比例,达成最佳配伍,使人类及别的呼吸空气的生物能呼吸自如,使植物能进行光合作用,使雨水适时降临;它还制造风,制造各种天气,就在它发出雷鸣电闪、狂风暴雨时,大气层便成了一个瑰丽迷幻、变化无常的环带。

大气微粒飘举飘落,载浮载沉,时去时来,忽聚忽散,这些极广大宇宙中的极细小的漂流者,后来便成了尘埃或雪花、云朵、雾霭乃至风暴的一部分。

波涛起伏、运动不息的大海,我们看得见,而在更大的范围里同样如此运动着的大气,却是隐蔽的。

空气的水平流动产生风。

风就是空气的水平流动。

因为看不见空气所以也看不见风。

风让炊烟四散,风把树枝摇动,风催动着山上的林涛海里的波浪,但,风从来不说,我就是风。

我国早在3000多年前开始有风的记载,而在这之前风已经刮了亿万斯年了。并不出格的推想是:作为自然界的一种现象,风一直困扰着同时也激活着先民的灵智:风是何物?风从哪里来?风因何狂怒因何轻柔?等等,等等。

我国殷商时期的传说认为,风是上天所派遣的使臣,因而称为“帝使风”,代表着神的意旨,传达各种神的信息。在国外,人们说风是由北风神“勃罗斯”支配。不过到我国唐朝李淳风把风分为八级时,人们对风的认识似乎是前进一大步了,而这样的分级也可能是世界上最早的风力等级。到今天,风力分成十三级,提出此种分级法的是英国海军将领蒲福,因此,现在的风力等级表又称为“蒲福风力等级表”。

自从有了风,才会出现风力、风帆、风信旗及避风港。

不过,在我国古代测定风向所用的方法和手段,却简单和富有诗意。把一根茅草或鸟的羽毛吊在高杆顶端,茅草或羽毛所指便是风向所指了。到汉代,风向的测定物开始走向豪华,并更富艺术性,是绸绫做成的旗子,名为“测风旗”,也用特制的很轻的鸟形物,称作“相风鸟”。

这个世界上不能没有风,但断然不是所有的风都是丽日和风。

狂乱的大气会产生出一股急速自旋的漩涡,这股漩涡从表面看是不规则的自半空直落地面的一条长云,其形罕见,其状高雅。有经验的农人或渔夫却不这么看,而是见之色变。这是由速度可达每小时数百公里的风形成的风柱,风也有柱时,大难便临头了,龙卷风就要到了。龙卷风发生以后的情况,人们无从得知,它一路刮将过去统统皆成废墟,除此之外,望风而逃的人们来不及留下任何记录。

对于海上靠风帆航行的航海者来说,风是太重要了。

16世纪初,欧洲一些国家曾在麦哲伦之后,组织船队把马匹运往美洲大陆。当船队沿着北纬30度附近的大西洋航行时,常会遇到无风的日子。在那里,大海寂静得跟睡着了觉一样,而且连梦也没有。帆找不到风,船便停泊在水上,有时一停就是十天半个月,马匹因吃不到青草、喝不到淡水而纷纷死亡,只好扔到大洋里。这种情况,在南纬30度海面也曾发生过。水手们因而取了一个古怪的名字马纬度”。过往船只一到“马纬度”便心惊肉跳,无风的海洋也是可怕的啊!后来的科学家说,这是大气环流所造成的“副热带无风带”。