1.4 蒙哥尔费热气球腾空(1783年)

人类最早升上天空是通过热气球实现的。而热气球的发明者,是法国造纸工人蒙哥尔费兄弟(见图1-25)。

(a)约瑟夫·米歇尔·蒙哥尔费      (b) 雅克·艾蒂安·蒙哥尔费

图1-25 热气球的发明者

1778年11月,法国南方小城阿维尼翁,约瑟夫·米歇尔·蒙哥尔费(Joseph Michel Montgofier)在面对自家壁炉内熊熊燃烧的火焰时陷入了沉思:为什么烟、火星和许多固态微粒会随着炉火上升,从烟囱中冒出去呢?能否将带动它们上升的“气体”收集起来,把人升到空中呢?

蒙哥尔费灵机一动,立即做了一个试验:他利用丝绸做了一个大口袋,在口袋下面点燃了一堆火,热空气进入口袋,口袋鼓了起来,飞上了天花板。

试验成功后,约瑟夫·米歇尔·蒙哥尔费找到弟弟雅克·艾蒂安·蒙哥尔费(Jacques Etienne Montgofier),两人商议做规模更大的试验。这一次试验使丝绸口袋上升了20多米高。受此鼓舞,蒙哥尔费兄弟决定公开进行试验,并邀请了法国科学院的人员参加。

1783年6月4日,蒙哥尔费兄弟在家乡小镇广场上,事先挖了一个大坑,坑内堆满了稻草与羊毛,兄弟俩制作了一个直径大约11米的大气球,气球下部开口正对着大坑。他俩点燃了坑内的稻草与羊毛,产生的热烟充到气球中,有8个人抓住气球的绳索使之不离开地面,当热烟充满后放开绳索,气球竟飞上了457米高度然后降落到离升空处1.6千米处(如图1-26所示),整个飞行持续了10分钟。这是人类第一次热气球不载人的飞行。

图1-26 1783年6月4日,蒙哥尔费兄弟实现人类第一次热气球不载人的飞行

法国国王路易十六对气球飞行很感兴趣,他邀请蒙哥尔费兄弟到他豪华的凡尔赛宫来公开进行热气球飞行试验。蒙哥尔费兄弟深受鼓舞,他们在巴黎制作了更大的热气球,直径12.5米,高17米,装饰豪华,并有法国皇家标志。

同年9月19日,蒙哥尔费兄弟在凡尔赛宫中央广场筑了一座高台,台内一大坑堆满了羊毛、旧鞋及其他废旧物,当坑内燃起大火时,臭气弥漫。路易十六带着众多官员却在现场观看得津津有味。蒙哥尔费兄弟把装有一只绵羊、一只公鸡和一只鸭子的篮子挂在气球下方,三声炮响之后,绳索松开,气球腾空而起(见图1-27)一直升到518米,飞行8分钟,最后降落在距起飞地3.2千米的农田里。三只动物安然无恙。路易十六大喜,命名此气球为蒙哥尔费气球。

图1-27 1783年9月19日蒙哥尔费兄弟表演热气球升空

蒙哥尔费气球载动物试验成功后,按理说可以进行载人试验了,但好事多磨,路易十六不同意进行载人试验,理由是不能用法国人的生命冒险。实际上蒙哥尔费兄弟已经秘密地进行了载人飞行试验,法国青年科学家罗齐埃于1783年10月15日乘蒙哥尔费气球上升到26米空中。

1783年11月21日,人类第一次载人热气球飞行正式举行。路易十六改变初衷,是被他的亲戚阿尔朗斯说服的结果。阿尔朗斯因而也获得第一次乘热气球升空的机会。

这次升空是在巴黎布洛涅森林附近进行的。热气球(见图1-28)直径15米,高23米,装饰更加气派,载有罗泽尔和阿尔朗斯。下午1时54分,热气球冉冉升空,一直升到150米高,20分钟后安全降落在一座广场上,人类终于实现了升上天空的梦想。

图1-28 1783年11月21日,法国人罗泽尔、阿尔朗斯乘热气球升空

蒙哥尔费兄弟在法国掀起了气球热,他们的竞争对手——法国科学家雅克·查尔斯(Jacques Charles,见图1-29)却另辟蹊径,从新的思路去研制氢气球。他认为氢气大大轻于空气,用它为气球充气,效果会比热气球更好。

图1-29 雅克·查尔斯

链接 孔明灯——世界上最早的“热气球”

早在1000多年前,中国就有了世界最早的“热气球”——孔明灯(见图1-9)。

据说在五代时(907~960年),莘七娘随夫出征到福建,作战中曾用一种灯作为军事上的信号。这种灯是用竹和纸做成方形灯笼,底盘上点燃松脂油,产生热气充满灯中,灯就可以上升起来。实际上这是世界最早的小热气球。这种灯又叫松脂灯、七娘灯。至于在四川称孔明灯,是为纪念孔明,而不是说孔明灯是他发明的。

氢气是世界上已知的最轻的气体。它的密度只有空气的1/14,所以氢气可作为气球的填充气体。氢气是英国科学家亨利·卡文迪什于1766年发现的。他通过把硫酸滴到铁片上的方法发现了这种极轻的气体。卡文迪什称它为易燃空气。氢气球也存在不安全的因素,氢气易燃烧爆炸。热气球也可以充氦气,因为氦气也比空气轻,氦气又是惰性气体,比较安全。

雅克·查尔斯制作了世界上第一个氢气球,直径3.7米,重约11千克。1783年8月27日,查尔斯在巴黎进行氢气球升空试验。氢气是头一天晚上充好的。当松开绳索,让氢气球自行升空时,这个气球上升到900多米高,在空中飘浮长达1小时后,才落到24千米外的农田里。

1783年12月1日,查尔斯和罗伯特乘坐更大的氢气球在巴黎上空飞行两个小时,飞行高度达610米,航程43千米,有4万人观看了氢气球第一次载人飞行,降落到村庄里时吓坏了村民(见图1-30)。

图1-30 查尔斯和罗伯特乘坐的氢气球吓坏了村民

雅克·查尔斯的氢气球较之蒙哥尔费热气球有诸多改进,已经具备了现代气球的基本特点。例如,气球是拼制的,所以可以造尺寸更大的气球;气球外罩以巨大的绳网,吊篮吊在绳网下部,使承重载荷均匀分布于气球表面;气球安装了用绳索控制的阀门,可以调整飞行高度。

相隔短短半个月,法国先后成功地完成了世界第一次热气球和氢气球的载人飞行,极大地推动了法国乃至欧洲的气球热。1785年1月7日法国机械师布朗夏尔和美国人杰弗利斯乘自制氢气球飞越英吉利海峡(见图1-31)。1798年,法国人布里塞别出心裁地骑着马乘热气球升空(见图1-32)。

图1-31 法国人布朗夏尔和美国人杰弗利斯乘自制氢气球飞越英吉利海峡

图1-32 法国人布里塞骑一匹马乘热气球升空

这股热气球热也传到了大洋彼岸的美国。1792年12月26日,法国人布朗夏尔在美国华盛顿表演了氢气球载人升空。

其实,就在蒙哥尔费兄弟在凡尔赛宫表演载人飞行时,就有一位美国贵宾在现场。他就是美国驻法大使、大名鼎鼎的科学家和政治家本杰明·富兰克林。当蒙哥尔费兄弟的热气球升空时,旁边的一位观众对富兰克林说:“这东西能有什么用处?”富兰克林的回答是:“一个新生婴儿能有什么用?”这个著名的回答广泛流传开来。

热气球经过200多年的发展,已经有了相当大的改进。图1-33为闻名世界的热气球节上色彩斑斓的热气球。现代热气球用途广泛,可以在气象探测、污染监测、天文观测、军事侦察、体育运动乃至航天方面大显身手。当人类可以从容往返宇宙空间时,也不要忘记从一个小小的纸灯笼升空的起步。

(a) 美国斯诺马斯热气球节上色彩斑斓的热气球

(b) 法国洛林热气球节上争奇斗艳的热气球

图1-33 闻名世界的热气球节