热气球和飞艇的工作原理(飞天越海，翻山越岭……科学家的探险绘画就是这么惊心动魄)

文图/刘夕庆

冒险是人类获得文明的重要渠道之一。总有不少科学探险家，他们对神秘的大自然充满了敬畏，同时又对未知世界充满了好奇。他们痴迷于对极端险峻环境和目标的探求，有时甚至不惜付出生命代价，执着于冒险后才能得到的发现。

从风云多变的天空到深邃浩渺的太空，从茫茫大海到环球之旅，从喷发的火山到极地探险，处处留下了他们飞越、漂泊、跋涉的足迹和许多令人惊心动魄的探险画面。今天，我们就跟随部分画作，去体验去见证他们的勇敢与追求。

飞上蓝天，穿越太空的探险

几千年来，许多勇士做了种种努力，试图通过人类自身的力量实现飞行梦想，但均未成功。直到19—20世纪之交，人类才终于依靠发达的科技手段飞上了天空，不仅如此，后来人类还实现了登月和建立太空站等计划，完成了从前只有在神话中才能实现的伟大壮举。

由于受地球重力的约束，人类只能在地表上活动。有些人认为人之所以不能飞起来，是因为没有翅膀，只要造出一个合适的翅膀，人大概就可以像鸟儿一样在空中飞翔。人们最早实现升空靠的是热气球和飞艇，它们升空的原理即阿基米德的浮力原理。1782年11月，法国造纸商蒙哥菲尔兄弟受烟火上升的启发，设计了一个热气球。升空实验在法国引起了轰动，公众非常渴望看到热气球载人升天。1783年11月21日，法国青年科学家罗泽尔和达尔朗德完成了首次载人升空试验，他们乘坐热气球升到了26米的高空。

热气球在高空中如不继续加热，就会冷却下来从而自动落到地面。于是物理学家想把氢气引入气球中（氢气的密度比空气要小）。法国气球专家、查尔斯气体定律的发现者雅克·查尔斯于1783年在几千名热情观众的注视下，进行了第一次上升约914米之高的气球之旅。

左画：查尔斯与同伴在1783年进行的第一次气球之旅，背景的建筑是凡尔赛宫；

右画：第一次世界大战，德国利用发明的飞艇向波兰首都华沙投掷炸弹。

世界上第一架飞机是由美国人威尔伯·莱特和奥维尔·莱特兄弟制造的。从1896年开始，他俩就研究飞行技术，并立志制造一架用引擎驱动的飞机。与其他飞行设计爱好者不同的是，他们一开始就非常重视理论指导，系统阅读了空气动力学方面的许多文献，充分吸取了航空先驱者们的经验和教训。

1909年7月25日，法国人布雷里奥驾驶自行设计的飞机飞越了英吉利海峡。他从法国海岸出发，用了36分钟飞行了42千米，最终到达英国——这是飞机史上的第一次国际航行。

人类发明飞机后首次飞越英吉利海峡的画作——画中两青年手握的分别是当时法国国旗（左）和英国国旗（右）

与航空相比，人类航天梦的成功之路则更要漫长。艾伦·比恩是阿波罗12号上的一名成员，同时也是一位太空油画家。他用绘画记录了自己月球探险的经历。阿列克谢·列昂诺夫是第一个在太空行走的地球人，同时也是一位不折不扣的艺术家和插画家。他还是携带画具进入太空的第一人，他在太空中用这些绘画工具记录下了他亲眼所见的太空景象。

左画：维谢洛夫的画作《太空研究》——揭示了失重情况下太空中的种种科学奥秘；

右画：宇航员兼画家阿列克谢·列昂诺夫描绘宇航员“太空行走”的画面。

《阿波罗登月宇航员》——这是美国航天员兼画家艾伦·比恩描绘的自己登上月球时的油画，写实性很强

漂洋过海，环球远航的探险

中国明朝第三任皇帝朱棣（又被称为永乐大帝）从1405年开始，启动了七次兼具探险考察、外交和商贸使命的航海之旅，并任命一位名叫郑和的官员负责指挥。郑和的第五次、第六次航行是最为艰辛和遥远的旅程，船队甚至抵达了东非沿岸的许多地区（索马里、摩加迪沙和蒙巴萨等）——当地曾发现过中国15世纪制造的器物。

左画：中国画“白描”式手法对航海探险家郑和的描绘；

右画：描绘郑和船队在惊涛骇浪中前行的油画。

《物种起源》的著者、英国人达尔文长达5年的环球科学历险在科学史上极有意义。在贝格尔号舰上的科学旅行，使他大大开阔了眼界，并最终创立了生物进化论。当他在南美洲自北向南看到动物亲缘关系相近的种群逐渐变化时，一切就很清楚了，因为这只有用“物种在逐渐地发生变异”才能解释这类事实。通过长期观察动植物的生活情况，他对于到处进行的生存竞争有了深切了解，因此他顿悟到，在这些情况下，适于环境的变种将会被保存下来，不适的必将被消灭——其结果就是新种的形成。

达尔文所乘坐的贝格尔号舰（左边）到达海湾时的情景——它简直就是一幅风景画，当地小筏上的土著人（右下）向其招手致意。

18世纪60年代末，又一位航海探险大家登上了历史舞台，他就是英国人詹姆斯·库克。他在奋进号航船上绘制新西兰地图的探险经历成为了探险史上的佳话。库克指挥奋进号以沿着海岸线前进而不触碰海岸的方式（实际上这种船只以动态航行的方式充当了科学观测的仪器）推断出了海岸线的基本轮廓，绘制出了陆地海岸图。这里，船只不仅充当了科学实验的仪器、运载实验仪器的容器，也充当了科学研究的重要地点。

探险中的库克船长肖像——当时他所用的航海仪器和设备保证了其航行的准确性，最后他逝于他所钟爱的航海探险途中（绘图/刘夕庆）

深入山地，观察火山的探险

冯·洪堡是一位出生于德国柏林的博物学家和探险家。1799—1804年，他和艾梅·邦普朗在南美洲探测未知大陆。在安第斯山脉，他们试图攀登高约6100米的休眠火山钦博腊索山，但未到达顶峰。作为这次经历的一个结果——他们第一次描述了“高山病”。往南走，他们惊讶地看到海岸线的迅速变化——从厄瓜多尔潮湿炎热的热带丛林转变为秘鲁的沙漠。洪堡还做了许多海上和陆地的温度记录，发现有一个冷洋流向北移动，并控制了沿海的气候，这就是“洪堡寒流”，现在叫作“秘鲁寒流”。后来他们穿越中美洲，倡议开辟一条运河连接大西洋和太平洋。

一幅描绘洪堡和他的探险团队在厄瓜多尔向钦博腊索大火山进发的画作（局部）

1828年，英国杰出的地质学家莱尔开始着手写作一本展示他的观点并带有大量证据支持的地质学名著《地质学原理》。为了寻找支持性证据，他有时必须进行一些探险性的收集证据素材的工作。《地质学原理》第一卷发表于1830年，1832年和1833年他完成了《地质学原理》的第二卷和第三卷。其中，他关于地球巨大年龄的观点给人们留下了深刻印象，莱尔的成就是把地质学放在一个严格的科学立足点之上，大力宣称当前起作用的同一法则也控制着过去的年代——正像物理学定律一样。当然，它们都要有事实证据的支持，而地质学、地理学观点的许多支持证据都要来自于深入山地、观察火山的探险。

左画：莱尔冒险研究的地区之一——西西里埃特纳火山附近的博沃峡谷（注意远处雪山顶的火山还冒着烟，说明此火山为活火山）；

右画：莱尔《地质学原理》（1830—1833年）第三卷第93页的插图——莱尔本人1828年12月1日在埃特纳火山顶所画的素描

事实证明，科学探险虽然充满未知和荆棘，但它却以满足人们的好奇心及不同途径、多姿多彩的目的地为诱惑，吸引了众多敢为人先的勇士们去探究。他们中间不乏画家和喜爱绘画的人，否则，我们也不会在此欣赏到这些兼具科学性与艺术性的绘画作品了。