林文琦

雖然天氣瓶無法提供準(zhǔn)確的天氣信息，但是讓天氣瓶與自己一同感受云卷云舒、花開花落，在城市的車水馬龍中享受觀天象的樂趣，也不失為一種不錯的體驗(yàn)。

一只有“情懷”的小瓶子

最近，市面上流行一種名叫“天氣瓶”的小玩意。據(jù)稱，瓶中的透明液體會隨著氣象的變化而產(chǎn)生如羽毛、葉子或雪花般不同的結(jié)晶現(xiàn)象。

“天氣瓶”又被稱作“風(fēng)暴球”， 它是一種源于18世紀(jì)歐洲的天氣預(yù)報(bào)儀器。發(fā)明這個(gè)球的人是誰，早已無從考證。最初的配方是什么，也無人知曉。人們只知道“風(fēng)暴球”的發(fā)明時(shí)間最早可追溯至18世紀(jì)晚期，對它的第一次描述出現(xiàn)在凡爾納的科幻小說 《海底兩萬里》中。

18世紀(jì)是近代西方文明的大發(fā)展時(shí)期，是自然科學(xué)大踏步前進(jìn)、人類認(rèn)識思想開始改變的時(shí)期。在那個(gè)科技還不算發(fā)達(dá)的年代，航海行為危險(xiǎn)重重，人們對氣象觀測的需求尤為迫切。盡管，關(guān)于“風(fēng)暴球”的很多原始資料早已散逸，不過在不少科學(xué)人士的積極改進(jìn)之下，“風(fēng)暴球”最終得以運(yùn)用于19世紀(jì)的航行上。

左圖是人們對“風(fēng)暴瓶”預(yù)測天氣的普遍描述，但并未獲得明確的驗(yàn)證。

據(jù)說，這種神秘的氣象球能感應(yīng)大氣環(huán)境中光、熱、風(fēng)、氣壓甚至電荷等氣象的變化。一旦有變天的預(yù)兆，瓶內(nèi)就會產(chǎn)生結(jié)晶現(xiàn)象。早期的“風(fēng)暴球”不是密封的，而是有個(gè)被橡膠帽封住的口子，由于暴露在氣壓下，當(dāng)時(shí)制作的成品只能算作雛形。

回顧“風(fēng)暴球”的歷史

1831年，海軍上將羅伯特·菲茨羅伊（1805～1865）指揮英國皇家海軍“小獵犬號”陪同查爾斯·達(dá)爾文在南美著名的加拉帕戈斯群島海域航行。除了海軍的工作，菲茨羅伊也是氣象學(xué)領(lǐng)域的先驅(qū)。對氣象學(xué)抱有濃厚興趣的他，歷經(jīng)數(shù)年，在進(jìn)行了多次天氣預(yù)報(bào)和監(jiān)測工作的同時(shí)，終于將“風(fēng)暴球”研發(fā)出來，并將外形改造成密封的玻璃球狀。最終，這種密封的“風(fēng)暴球”成為我們現(xiàn)今標(biāo)準(zhǔn)“風(fēng)暴球”的始祖。同時(shí)，羅伯特·菲茨羅伊船長也確定了“風(fēng)暴球”中特制液體的基本配方：蒸餾水、酒精、硝酸鉀、樟腦以及氯化銨等。

1859年10月，一場異常猛烈的風(fēng)暴襲擊了英國大不列顛群島。一艘從墨爾本返回英國的船只被滔天巨浪擊沉，這場災(zāi)難直接導(dǎo)致459人死亡。與此同時(shí)，風(fēng)暴還導(dǎo)致使近200艘小型船只永遠(yuǎn)消失在濤濤汪洋之中。面對如此深重的災(zāi)難，英國政府批準(zhǔn)了羅伯特·菲茨羅伊在海岸邊創(chuàng)建氣象站的提議。在英國政府的支持下，以監(jiān)測大氣狀況為目的的小型氣象站創(chuàng)建成功。與此同時(shí)，“風(fēng)暴球”被廣泛分發(fā)到漁村。最初，小型氣象站只能以口頭警告的方式通知水手氣象有變，禁止出海。盡管遭到諸多船主的反對（這意味著船只只能停留在港口），但仍然拯救了無數(shù)的生命，并最終獲得了漁民的理解和支持。事實(shí)上，如今我們熟知的“天氣預(yù)報(bào)”4個(gè)字也是由菲茨羅伊上將提出的。因此，1860年之后，他的“風(fēng)暴球”很受英國沿岸居民的歡迎。

形態(tài)各異的結(jié)晶。

那么，“風(fēng)暴球”是如何工作的呢？據(jù)悉，如果瓶中的液體是透明清澈的，那就會是晴天;如果液體由透明變渾濁朦朧，并出現(xiàn)云狀沉淀，那就代表會出現(xiàn)多云降溫的天氣;倘若瓶中出現(xiàn)小點(diǎn)結(jié)晶，天氣多半潮濕多霧;如果結(jié)晶漂浮在頂部附近，這表明將會刮風(fēng);如果液體變成大片水晶雪花，表明將會降溫甚至下雪;如果云狀液體還拖著星狀分布的沉淀，那就代表暴風(fēng)雨或暴風(fēng)雪要來了。

不過現(xiàn)代研究證明，在天氣瓶中的確可以看見美麗結(jié)晶形態(tài)的有趣變化，但它其實(shí)無法準(zhǔn)確反映氣象變化，過去船員多次的航行記錄中也并未證實(shí)其準(zhǔn)確性。

流言揭秘：天氣預(yù)報(bào)瓶真能預(yù)報(bào)天氣？

有科學(xué)家認(rèn)為，溫度是導(dǎo)致天氣瓶瓶內(nèi)結(jié)晶變化的主要因素。溫度改變后，幾種物質(zhì)結(jié)晶析出，由于溶解速度的差異而產(chǎn)生交互作用，再加上其他因素，造成瓶內(nèi)晶體形態(tài)千變?nèi)f化。但是，2008年的一項(xiàng)研究認(rèn)為，溫度變化是晶體產(chǎn)生的唯一原因，其中，冷卻的速率直接影響晶體的形狀。這意味著瓶中晶體的變化只能反映環(huán)境溫度的變化過程，而氣壓、濕度等其他預(yù)報(bào)天氣的關(guān)鍵指標(biāo)都無法得以體現(xiàn)。另外，對于溫度的反映，能反映到什么程度，也存在不確定性。

中國科學(xué)院的教授舉了個(gè)例子，他說道：“在某地，冷空氣來襲，氣溫陡降（這是天氣瓶能捕捉到的），但會不會下雪，還取決于水汽輸送條件，所以天氣瓶怎么能判斷下雪呢？還有陰、晴、多云，這些天氣現(xiàn)象完全可能在同樣的氣溫條件下發(fā)生，其差別僅在于天空云量（晴為云量<30%，陰為云量>70%，中間的為多云）的不同，天氣瓶又怎么能獲取到天空云量的信息呢？再來談?wù)勵A(yù)報(bào)，什么是預(yù)報(bào)？預(yù)報(bào)就是預(yù)測未來的趨勢，而天氣瓶中的結(jié)晶只能反映當(dāng)時(shí)的天氣狀態(tài)，頂多算是實(shí)測。雖然以上實(shí)驗(yàn)不能算是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究，但也從一個(gè)側(cè)面說明，天氣瓶頂多算一個(gè)漂亮的溫度計(jì)。”

美國的一組實(shí)驗(yàn)人員制作了6個(gè)天氣瓶，在12周以內(nèi)觀察記錄了它們的“預(yù)報(bào)結(jié)果”。實(shí)驗(yàn)人員其實(shí)已經(jīng)放寬了條件，劃定只要天氣瓶放置地點(diǎn)周圍近32千米以內(nèi)出現(xiàn)0.25毫米的降水就可以算作是下雨天。不過，很快問題就出來了，在某一個(gè)降雨天的前一天，其中一個(gè)天氣瓶透明無比，意味著晴朗的天氣;而另一個(gè)天氣瓶卻結(jié)晶渾濁，顯示為下雨。最終的統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，天氣瓶預(yù)測晴雨的準(zhǔn)確率僅為45%～54%不等，平均值為49%。即使把可能下雨而沒下的陰天也算進(jìn)去，這種預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的平均值也只有53%。這顯然讓很多風(fēng)暴球粉絲不能接受。他們認(rèn)為天氣瓶之所以表現(xiàn)糟糕，是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)失誤。

那么，具體來說，究竟是哪種因素影響了風(fēng)暴球的結(jié)晶呢？研究人員對風(fēng)暴球的結(jié)晶條件和結(jié)晶成分進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。X射線結(jié)果顯示，樟腦會在20℃～30℃內(nèi)發(fā)生結(jié)晶，當(dāng)溫度從30℃開始下降時(shí)，風(fēng)暴球就有可能出現(xiàn)結(jié)晶。這就是說，風(fēng)暴球中美麗的結(jié)晶就是樟腦晶體。當(dāng)氣溫快速下降時(shí)，樟腦晶體傾向于形成長的分支;而降溫速度放慢時(shí)，則傾向于形成針狀簇?fù)硇尉w。而氯化銨和硝酸鉀在這個(gè)體系中并不會發(fā)生結(jié)晶，但它們的存在只是為了促使樟腦晶核的形成。外部環(huán)境、電荷、濕度、氣壓等因素對瓶中晶體的生長變化都沒有影響，真正造成影響的主要因素就是氣溫變化。

手工DIY天氣瓶的制作方法

雖然天氣瓶無法提供更加具體的天氣信息，但是讓天氣瓶與自己一同感受云卷云舒、花開花落，在城市的車水馬龍中享受觀測氣象的樂趣，也不失為一種不錯的體驗(yàn)?。⌒』锇閭?，你們是不是已經(jīng)被它美麗的外表迷住了呢？

準(zhǔn)備材料

硝酸鉀：2.5 g

氯化銨：2.5 g

蒸餾水：33 毫升

乙醇（酒精）：40 毫升

天然樟腦：10 g

玻璃容器：3個(gè)

制作步驟

步驟一：制作溶液。先將硝酸鉀和氯化銨溶于蒸餾水中，再將樟腦倒進(jìn)乙醇之中。隨后將兩種溶液混合在一起（將水溶液倒進(jìn)乙醇溶液效果更好，這有助于溶質(zhì)充分溶解），加熱并攪拌均勻，使其最終變得澄清。如果不澄清，可以適當(dāng)搖晃。關(guān)于溶質(zhì)溶解需要注意的是：一定要溶解到澄清，如果無法溶解或者渾濁，可以放置于60℃的熱水中加熱1分鐘（不要加熱太久），再搖晃直到溶液澄清為止。為了保護(hù)雙手，須全程帶好塑膠手套。

步驟二：將溶液倒入試管并用軟木塞塞住或封存在玻璃容器中 （瓶子一定要密封， 避免酒精揮發(fā)，在選擇瓶蓋時(shí)盡量避開鐵、銅等易被侵蝕的材質(zhì)）。

注意事項(xiàng)

1.通常市面上的樟腦丸是人工合成的，實(shí)驗(yàn)時(shí)最好使用天然的。如果沒找到天然樟腦，可以用其他可溶性鹽（如氯化鈉）替換硝酸鉀或氯化銨。

2.天氣瓶的結(jié)晶時(shí)間取決于環(huán)境與位置，大約需要一到兩周時(shí)間才能讓晶體穩(wěn)定，“熟悉”環(huán)境。

3.因?yàn)樘鞖馄勘旧硎且粋€(gè)透鏡，因此可能會有因聚焦光線而產(chǎn)生火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，請勿長時(shí)間置于陽光直射下。

4.不要放置于空調(diào)出風(fēng)口附近。

最后，小伙伴們要有實(shí)驗(yàn)精神哦！實(shí)驗(yàn)可能會失敗幾次，付出的心血一定是會有回報(bào)的。