热气球的第一个发明者(搅动世界的气球)

Posted 2023-06-02

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热气球的第一个发明者(搅动世界的气球)

今天，升空气球大多被用在娱乐观光、商业宣传和科学勘察等小众领域。图源：pexels

导读： 在法国蒙菲尔兄弟发明载人热气球的240年后，一个由于失控意外进入美国领空的非军用气球，竟然搅动了美国政坛和中美关系。不能不说，也是一种魔幻般的黑色幽默。

撰文｜李研

责编｜陈晓雪

辽阔的天空总是让人心驰神往，而谈到人类遨游天空的历史，很多人就会想到1903年莱特兄弟发明的飞机，但实际上早在飞机出现之前，人类就已经找到了能够克服地球引力的工具——热气球。

热气球的故乡，原在中国。因为中国人最早发明了纸，而纸可以用来糊灯笼。充满热空气的灯笼飞上天，就是孔明灯。相传孔明灯的发明可以追溯到三国时期，有上千年的历史。虽然它可以看作是热气球的鼻祖，但只是作为一种节庆祈福许愿的工具，几乎没有实用价值。在古代，人们也不理解孔明灯升空背后的科学原理。

放飞孔明灯祈福，是中国很多地方的习俗。图源：中国网

载人气球的出现

可以载人的热气球要等到1783年才出现，发明者是出身于法国造纸商世家的蒙菲尔兄弟（法语：Frères Montgolfier）。

蒙菲尔兄弟。图源：参考文献1

最初，兄弟二人用纸和麻布制成一个直径10米的气球，以燃烧湿稻草和碎羊毛让气球充满热空气，经过反复试验和改进，终于在1783年6月4日在法国里昂的安诺内广场首次升空。

同年9月19日，蒙菲尔兄弟应法国国王路易十六和法兰西学院的邀请前往巴黎凡尔赛宫作表演。这一次，他们在气球上装饰了金色的花饰，黄道十二宫和太阳，献给当时的法国国王。人们还在气球下面吊了一个笼子，放入羊、鸡、鸭各一只。

尽管动物实验证明乘坐热气球是安全的，但法国皇帝路易十六还是打算先把两名等待处决的囚犯送上热气球尝试。这引起一位法国年轻物理教师德罗齐埃(Pilatre de Rozier)的不满，他认为人类第一次航空的荣耀不应属于罪犯。于是，在他的游说下，同年11月21日，德罗齐埃和另一位法国青年乘坐这种热气球，在天空飘行了25分钟，飞越半个巴黎城后平安降落。这被公认为是人类第一次成功的升空航行，比莱特兄弟的飞机整整早了120年。

热气球第一次载人起飞。图源：https://digitaltmuseum.se

据说，蒙菲尔兄弟对于热气球的妙想缘于一个冬天，他们看到在火上烘晒的衣服被热气和浓烟提了起来，而受到启发。实际上，气球载人的想法能够实现，并非仅出于两兄弟的灵光一现，更是有赖于西方在文艺复兴后科学知识和技术进步两方面的积累。

早在17世纪，伽利略通过实验证明了空气是有质量的，这让熟知阿基米德原理的西方学者开始思考是否可以通过一种比空气更轻的物质，实现悬空飞行。空气加热后密度就会减小。比如，空气在温度为15°C时密度为1.29 千克/立方米；而当温度达到100°C时，密度就仅为0.95 千克/立方米。所以，热气球内部的热空气相对于周围的冷空气而言具有更低的密度，就能作为浮力来克服地心引力。

氢气球

除了热空气，还有什么物质比普通的空气更轻呢？1766年，英国科学家卡文迪什通过铁和锌等金属与盐酸及稀硫酸反应制取了氢气，并将氢气用水银槽法收集了起来。氢气就是一种比普通空气更轻的物质（密度仅为普通空气的1/14），于是另一种升空气球——氢气球也随之诞生。

就在蒙菲尔兄弟展示热气球的同一年，法国发明家雅克·查尔斯（Jacques Charles, 1746-1823），释放了一个直径近4米的氢气气球。第一次实验中气球飞行了45分钟，在25公里外漂浮并着陆。1783年12月1日，查尔斯亲自驾驶着第二个氢气球，成功进行了载人飞行的实验。值得一提的是，查尔斯还是一位颇有成就的物理学家，他研究了氧、氮、氢、二氧化碳以及空气等在0°C与100°C间热膨胀的情形，发现每种气体的膨胀率都相同，是理想气体查理定律（Charles's law，也译为查尔斯定律）的主要发现者。

1783年12月1日首次氢气球载人飞行实验。图源：参考文献3

热气球和氢气球的连续载人飞行的创举，激发了人类在高空游弋的兴趣。

1785年，曾参与第一次热气球飞行的德罗齐埃，计划乘气球飞越英吉利海峡。面对当时已经发明的氢气球，他有些拿不定主意。是乘热气球好呢，还是乘氢气球好呢？以当时的条件，或许选择哪一种气球都有实现这一壮举的可能，但德罗齐埃偏偏采取了一种看似保险、实则极度危险的方式——决定把氢气球和热气球组合在一起去飞越海峡。

升空后不久，加热热气球的火星就引爆了氢气球。由于对氢气易燃易爆的性质缺乏了解，德罗齐埃和另一位一同飞上蓝天的法国人，成为首批为航天事业献身的勇士。

皮拉特尔·德·罗齐埃（1754-1785），图源：参考文献4

气球、飞艇与战争

在载人气球诞生之时，热气球的故乡中国正陶醉在乾隆皇帝的文治武功中，而对此毫无察觉。等中国人有机会见识到这种“高科技”，已经到了清朝末年。

其中一位知名度颇高的中国热气球乘客，正是戊戌变法后流亡海外的康有为。他1904年在巴黎有幸体验一把庄子曾幻想过的“御风而行”。在他所作的《巴黎登气球歌》中，康有为感慨道：“身轻浩荡入云雾，脚底奇特耸峰峦。巍楼峻宇如蚁穴，车驰马跃似蚁旋”。但他在高空也没忘地面的纷繁争斗，预言气球会在未来的战争中会发挥作用：“天空交戟，益为神物”，“必为百年后一大关系事”！

康有为虽然很晚才见到载人气球，但他的预言却是灵验的。1914年第一次世界大战爆发，交战双方都曾利用载人气球来侦察远处的敌军位置，再把目标的信息传递给地面的炮兵。更值得一提的是，1900年德国工程师齐柏林（Ferdinand Graf von Zeppelin）在氢气球的基础上，设计出了一种带有轻便动力系统和巨型硬质外壳的气艇，后被称为“齐柏林飞艇”(德语：Zeppelin)。一战期间，德国使用这种飞艇航队，对英国、法国和比利时的城市进行了轰炸。不过，飞艇看似庞然大物，但作为武器却没那么可怕。从实战效果上看，几乎没有在战场上掀起过什么大的波澜。

德国在1928年9月完工的“齐柏林伯爵号”齐柏林客运飞艇，是当时世界上最大的飞艇。图源：https://www.britannica.com/technology/zeppelin#/media/1/656592/96518

最后的疯狂

历史上气球最后一次大规模应用于战争，是在第二次世界大战后期。当时走向穷途末路的日本，决定打造成千上万只氢气球，让它们携带炸弹飘到美国。

这一疯狂计划的设计者并非来自军方，而是时任日本中央气象台台长的荒川秀俊。他认为北半球的西风带和辽阔的太平洋为把气球送到美国提供了得天独厚的条件。他还为每个气球安装了计时器和感应高度的气压计，以确保气球能够在飘到美国后自动下降并释放炸弹。

图源：https://www.utahhumanities.org/

经过一年多的实验和准备，从1944年11月到1945年3月，超过 9000只气球携带炸弹和燃烧弹从日本出发飘入太平洋，大约有300只到达美国境内，结果却只是在美国西部引发了一些森林火灾，造成少量平民伤亡，毫无可能让战争翻盘。

后来，美国军方从气球残骸中收集到的沙子中的软体动物判断，导致森林大火的“元凶”是从日本方向飘来的。气球到达森林上空后会自动抛下一个炸弹，引发大火。因为氢气球飞行时没有任何声音，而且出现的时间也毫无规律，所以很难拦截。美国人也想使用气球炸弹攻击日本，但他们发现，由于高空总是刮西风，从美国释放的气球只会越过大西洋，飘到英国上空。

图源：参考文献7

从真实到虚幻

1903年，飞机作为航空器的后起之秀开始登上历史舞台。因其更快、更强的优异性能，很快取代了气球和飞艇，成为天空中的主宰。

如今，气球和飞艇的制造工艺有了很大改进，而且在节省能源、持久留空等个别性能上还有独特的优势，但它们大多是被用在娱乐观光、商业宣传和科学勘察等小众领域，不再有百年前的辉煌。只是作为一种时代符号，人们对这种曾经漂浮在天空中的庞然大物有着难以割舍的情节。于是，虽然在现实世界中载人气球和飞艇早已让位于飞机和其他先进航天器，但凭借人们丰富的想象力，它们在科幻小说和战争游戏中始终占据着一席之地，形象也开始从真实走向虚幻。

飞艇在《文明V》中的图像。在这款游戏的进程中，飞艇是第一个出现的飞行单位。图源：https://civilization.fandom.com/wiki/Airship_(Civ5)

然而，谁能预料就在蒙菲尔兄弟发明热气球的240年后，一个由于失控意外进入美国领空的非军用气球，竟让这一早已淡出公众视野的话题重回舆论焦点，甚至搅动了美国政坛和中美关系。不能不说，也是一种魔幻般的黑色幽默。