王元紅

“藍(lán)藍(lán)的天上白云飄，白百下面馬兒跑……”多美的景致?。∪绻挥兴{(lán)天沒有白云就太單調(diào)了，那么我們就“制造”一朵白云吧。這可不是童話故事里的幻想，它早已成為現(xiàn)實(shí)。氣象學(xué)家們不僅制造了很多云，讓這些云裝點(diǎn)了藍(lán)天，更重要的是對(duì)人類了解大氣、研究大氣、影響或改變大氣發(fā)揮著巨大作用。用來造云的設(shè)備叫“云室”，或叫“云霧室”。

“造云”小史

1894年，正在劍橋大學(xué)讀研究生的查爾斯·威爾遜被安排在位于英國(guó)第一高峰的蘇格蘭本內(nèi)維斯峰天文臺(tái)，從事一些研究工作。在此期間，威爾遜見到了一種奇景，陽光返照在云彩上非常壯美。這讓他萌發(fā)了一個(gè)念頭，要是能夠自己制造一朵云，那將是多么有趣的事情。于是威爾遜通過研究和嘗試，把自然界中的景象在實(shí)驗(yàn)室里模擬了出來，并由此發(fā)明了云室。1912年，威爾遜又為云室增設(shè)了拍攝帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的照相設(shè)備，使云室成為研究射線的重要設(shè)備。威爾遜也因此成就榮獲了1927年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

云室自從誕生就在很多研究領(lǐng)域逐步推廣開來?？灯疹D利用云室演示康普頓反沖電子的存在，證明了康普頓效應(yīng)的正確性；安德遜利用云室從宇宙射線中發(fā)現(xiàn)正電子的存在；布萊克特等人利用云室做了關(guān)于電子和正電子同時(shí)產(chǎn)生和消失過程的可見演示。他們也都成為諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，由此可見云室為后來的科學(xué)研究做出了巨大貢獻(xiàn)。

云室什么樣

云室到底是什么樣子的？這就要先思考一下，大自然中形成一朵云需要什么樣的氣象條件。

首先要有水汽，在大氣當(dāng)中也叫霧，云和霧的存在狀態(tài)比較相似。因此，我們要在云室的周圍建造一套造霧系統(tǒng)，可以用高壓噴水的方式，也可以用蒸汽冷凝的方式，還可以用絕熱膨脹的方式。不管是哪種方式，在云室當(dāng)中造霧是非常關(guān)鍵的。要形成云，光有水汽還不夠，還要調(diào)節(jié)大氣溫度。這也就是要有控溫系統(tǒng)，要根據(jù)需要，對(duì)整個(gè)云室里的溫度進(jìn)行人為調(diào)控。

不同高度的大氣，氣壓是不同的。一般情況下，接近地球表面的大氣壓強(qiáng)比較大，遠(yuǎn)離地球表面大氣壓強(qiáng)比較小，因此我們還需要一套壓力系統(tǒng)，在制造云朵的過程中對(duì)大氣的壓力進(jìn)行改變。要讓大氣中的水變成雨滴，需要凝結(jié)核，減少或者增加凝結(jié)核，要根據(jù)試驗(yàn)的需要來進(jìn)行。最后再來一套空調(diào)系統(tǒng)，來重點(diǎn)調(diào)節(jié)大氣中凝結(jié)核的數(shù)量。

有了以上準(zhǔn)備，造云基本上就沒問題了?？墒俏覀兊哪康牟⒉恢皇侵圃煲欢湓疲€要對(duì)云進(jìn)行研究，所以還需要很多附屬的系統(tǒng)，例如觀察和測(cè)量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄和運(yùn)算系統(tǒng)、圖形和表格輸出系統(tǒng)等等。這樣，整個(gè)云室就完整了。

云室有何用

云室有了，云也制造出來了，我們還可以通過光源來制造彩虹、晚霞等景象。但科學(xué)家們?cè)煸瓶刹皇菫榱诵蕾p，而是要應(yīng)用到生產(chǎn)生活中去。利用云室不僅能造云，還能讓天上的云消散，或者讓真正的云下雨。這不正是人們所盼望的風(fēng)調(diào)雨順嗎？

如果需要讓云中的水落到地上，就要在云里面播撒凝結(jié)核，使云中的水汽凝結(jié)成雨滴落到地面，也就是人工降雨。如果某個(gè)地方的降水太多了，要把云消掉，也可以播撒大量的凝結(jié)核。因?yàn)槟Y(jié)核太多，水汽爭(zhēng)相搶凝結(jié)核，結(jié)果水汽團(tuán)都沒有長(zhǎng)大，也就形成不了雨滴，下不到地上，就達(dá)到了人工消雨的目的。到底播撒多少凝結(jié)核最合適呢？有地面上的天氣雷達(dá)，有天空中的氣象衛(wèi)星來幫助我們了解大氣中的水汽含量，再加上試驗(yàn)數(shù)據(jù)，就可以計(jì)算出準(zhǔn)確的凝結(jié)核數(shù)量。