带你探索热气球内部结构（换个角度看世界）

热气球不似跳伞、滑翔伞那么刺激，却也能以上帝的视角俯瞰世界，最接近太阳的地方看日出又是另一番景象。随着冷空气不断被加热，热气球逐渐上升，驾驶员不断点燃燃烧器促使热气球稳定的飞行，没有任何失重感视野开阔老少皆宜，乘坐者站在篮筐内享受一场视觉盛宴。

2019年10月上映的电影《热气球飞行家》，由“小雀斑”埃迪·雷德梅恩领衔主演，讲述在1862年，热气球驾驶员Amelia Wren和科学家James Glaisher踏上了一段非凡的旅程，乘坐热气球去寻找天堂的奥秘。在飞行过程中，他们的飞行高度突破了世界纪录，也有了令人惊叹的发现。然而当他们即将达到大气层时，被迫为了生存而展开史诗般的斗争。

电影《热气球飞行家》海报

本期，说说热气球的故事。

人类发明热气球的过程如何，热气球又承载的人类怎样的梦想？

气球，是人类创造的第一种载人航空器。

气球的雏形最早源自中国，但它真正的发展则是在法国。人们驾驶着气球，飞跃海峡，横跨大陆，伴随着探索。气球有230年的飞行史，经历了许多艰难曲折，才发展成了独特并具有广泛用途的飞行器。

20世纪随着飞机的出现，气球不再用于载人飞行，而有了很多新的用途，比如高空物理探测、气象、旅行、商业广告等。让我们和知行摄旅行一起了解一下飞机时代之前的气球时代的故事吧。

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《淮南子》与莘七娘

早在公元前3世纪，人们就发现了气球赖以升空的原理。这就是古希腊科学家阿基米德发现的浮力定律。这个定律告诉我们：物体在流体中所受到的浮力等于它所排开的同体积的流体的重量。但这条原理没有直接发展出气球技术。

人们在长期的实践中发现，热空气比冷空气轻。早在2000年前的中国西汉时期，《淮南子》一书中记载：“取鸡子，去其汁，烧艾火纳空卵中，疾风因举之飞”。大意是说，将鸡蛋抽空，在蛋壳中点火使空气加热，蛋壳就会飞起来。虽然根据理论计算的实验，由于蛋壳太小充满热空气后并不能产生足够的升力升空，但这是迄今为止发现的关于热气球升空原理的最早记载。西汉《淮南子》里的飞行“梦想”，历史意义是很大的。

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一位中国五代时期的女科学家，与热气球原理有关。五代的莘七娘在入闽作战时，使用了一种称为松脂灯的纸灯作为军事信号。在纸灯的下部固定了一只松脂蜡烛，蜡烛燃烧后，灯内的空气被加热，从而产生升力，让纸灯升空。松脂灯是世界上最早的热气球。可惜，后人没有利用这个原理发展成载人飞行。

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蒙哥尔费兄弟，真正的热气球之父

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1782年，一次法国巴黎的博览会上，一些艺人展示了一种日本灯，以蜡烛助燃，可以慢慢升空。是莘七娘的松脂灯的一种流变。这场无意中的表演，诱发了航空史上第一次伟大的飞跃，载人飞行器的实现。

当时的观看日本灯表演的观众中，有一对法国兄弟，哥哥叫约瑟夫·蒙哥尔费（1740-1810），弟弟叫埃蒂纳·蒙哥尔费（1745-1799），他们是一位造纸厂商的孩子。兄弟二人都对科学发明很感兴趣。特别是约瑟夫曾经研究过著名英国化学家普列斯特利的著作。这些著作中详细描述了轻于空气气体的性质。约瑟夫联想到使日本灯升空的很可能是一种比空气轻的气体。于是兄弟二人决定开始了实验。

从巴黎回到昂诺内的家中后，约瑟夫制作了一个大纸袋，将纸袋口朝下放在炉子上，使热空气和烟充入纸袋。很快纸袋就升到了天花板上。第二步，约瑟夫又制作了一个丝织的口袋，将热烟充入口袋后，口袋升到了20多米的空中。实验的成功不仅刺激了约瑟夫，也激发了埃蒂纳的热情。兄弟二人联手合作投入到热气球的实验当中。

有趣的是蒙哥尔费兄弟一直认为热烟是一种特殊的气体而不是热空气。所以，他们花费了大量的精力去试验不同物质燃烧后产生的热烟，试图找到一种有效的浮升气体。他们试验过湿稻草、羊毛、木材、旧皮鞋甚至腐肉。可想而知，这些试验是不会有效果的。但他们执着的试验，惊动了法国科学院的科学家们。

科学院派专人来昂诺内要求蒙哥尔费 兄弟证明他们的发明。1783年6月4日，在昂诺内镇的广场上人们挖了一个大坑，坑内放满了稻草和羊毛。蒙哥尔费兄弟将稻草和羊毛点燃，然后将产生的热烟充入到一只直径约11米的气球中。在充气时，需要8个壮汉紧紧抓住气球的绳索，使得气球不会离地。当气球中充满热烟后，绳索被松开，气球逐渐升到约457米的空中，飞行了约10分钟，降落在1.6公里外的地方。

蒙哥尔费热气球比我国的松脂灯晚了约800多年，在原理上没有突破，但是由于蒙哥尔费兄弟一开始就力图使热气球向大型化发展。就在广场实验的第二天，蒙哥尔费兄弟制作了一只直径30.5米的热气球，他们的实验向载人飞行迈出了重要的一步。

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蒙哥尔费 兄弟的成功震动了法国科学院，名噪一时。整个法国都在谈论气球。法国科学家夏尔一直在致力于氢气的研究。他认为氢气比空气轻得多，升力的效果可能比蒙哥尔费兄弟的热烟更好。于是夏尔请人帮助制作了一只直径3.7米的气球，重量约11公斤。1783年8月27日。成千上万的巴黎人前来观看夏尔的氢气球试验。这只氢气球是在头天晚上充好气运到试验地点的。当氢气球的绳索松开时，气球慢慢升起，一直升到了900米的空中。它在空中飘荡了将近1小时，最后于24公里外的农庄降落。当地农民看到这个从天而降的怪物大惊失色，急忙唤来牧师。牧师认定它是来自地狱，于是农民们一拥而上把气球撕成了碎片。

氢气球的升空成功，更大的刺激了蒙哥尔费兄弟的想象力。同时，法国国王路易十六对气球的飞行试验也非常感兴趣。国王路易十六把蒙哥尔费兄弟邀请到巴黎制作气球，并要他们在凡尔赛宫进行表演。

1873年9月19日，蒙哥尔费 兄弟制作了一只高17米、直径12.5米的大气球。这只气球装饰得很漂亮，还配有法国皇家的标志。这天早上，国王带领着王后和满朝文武来到凡尔赛宫。在广场中央堆起一座高台，台中挖有大坑，为了助燃。大约过了一个半小时的时间，气球才充气完毕。约瑟夫·蒙哥尔费 将一只公鸡、一只鸭子和一只绵羊放在一个篮子里，挂在气球下面。三声炮响之后，热气球升空了，直升到518米的空中，飞行了8分钟后气球降落，着陆在3.2公里之外的农田里。除公鸡的翅膀收了一点伤外，绵羊和鸭子都安然无恙，路易十六大喜，赐名热气球为蒙哥尔费气球。同年11月21日，两名青年科学家F.P.罗齐埃和M.达尔朗德乘坐蒙哥尔费气球，在巴黎上空飘行25分钟，平安降落在距起飞地约8.9公里的地方,这是人类第一次升空航行。

随后热气球的技术不断发展，1862年9月5日，英国气象学家格莱彻尔和气球飞行家柯克斯韦尔乘坐气球上升到了9000米高空。这是人类第一次飞到高层空间。1934年10月23日，皮卡德与夫人乘坐气球压力舱升到了17358米的高度，这是女性第一次进入同温层。

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热气球的各种应用

气球，在航空器中虽然是最简单的，但它的用处还是很多的。

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【气象探测】气象探测是气球最重要的用途。早在夏尔发明氢气球时，他就携带了气压计升空。这是人类最早的应用气球进行气象探测的行为。在此之后，当布朗夏尔飞越英吉利海峡时，他不仅携带了气压计和温度计，而且带了风向标。1896年世界气象大会之后，气球被广泛应用到了气象探测中。

【污染监测】随着工业的发展，大气污染越来越严重。气球用于大气污染监测有特殊的优点：第一，气球可以长时间的停留在空中搜集大气数据，其他飞行器难以做到；第二，气球由于可以随风飘荡，因而特别适用于来监测污染物随大气流动散播的情况；第三，气球的制作成本比较低。

【为航天服务】在宇航员进入太空之前，有许多问题要解决。其中之一就是宇宙射线对生物的影响。只有气球能够以最小的代价飞到几千米的高空中，去测试射线对于宇航员有哪些危害。

除了作为飞行器，气球还用于商业广告、旅游、体育运动和军事侦察等领域。

载人气球从1783年开始，经历了200多年的历史，它是人类拥有飞机之前的巨大发明。

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