陌生的天空

元元

我們?nèi)祟?lèi)對(duì)空氣的依賴(lài)，要遠(yuǎn)高于對(duì)其他古典物質(zhì)元素的依賴(lài)。盡管我們是在地面上行走，偶爾也在水上生活，但我們始終與大氣保持著最親密的接觸。為了活下去，我們大口地將它吸入體內(nèi)，同時(shí)我們也受到無(wú)常天氣變化的影響。

盡管我們與大氣之間的關(guān)系如此親密，但它還是對(duì)我們保守了許多秘密。從詭異陰森之光到預(yù)示兇兆的熾熱，從太空邊緣泛著微光的縷縷冰柱到看不見(jiàn)的隱形潮汐，孕育這一切的正是空氣。甚至在高空的云端里，也潛伏著大嚼化學(xué)物質(zhì)并因此而影響天氣的生命。在浩瀚無(wú)垠的天空里到底隱藏著什么秘密呢?

不可思議的云圖風(fēng)景

冰和水的微滴會(huì)聚成云，是需要有內(nèi)核凝聚物在其中起作用的。這個(gè)內(nèi)核可以是礦物顆粒，也可以是細(xì)菌。一些研究者認(rèn)為，當(dāng)大量來(lái)自太空的高能量微粒流穿過(guò)大氣層時(shí)，會(huì)形成大量的云，給氣候帶來(lái)影響。2012年，歐洲核子研究中心的科學(xué)家報(bào)告說(shuō)，他們發(fā)現(xiàn)宇宙射線(xiàn)把大氣中的化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)換為超細(xì)的粉末。

最近，一些關(guān)于云層的秘密也被揭開(kāi)了。比如，飛機(jī)如何能在厚厚的云層中沖出一個(gè)直徑50千米的洞?原來(lái)，當(dāng)飛機(jī)在高空云層中飛行時(shí)，照例會(huì)觸發(fā)冰晶的形成，由此釋放出潛熱(還有飛機(jī)排放的高溫尾氣)并掀起呈環(huán)狀的暖空氣圈，結(jié)果將向外翻滾的云霧蒸發(fā)掉了，云層中就出現(xiàn)了一個(gè)大洞。

一道獨(dú)特的風(fēng)景要數(shù)像蜂巢一樣奇特的云層了，它經(jīng)常在海岸線(xiàn)周邊出現(xiàn)。如今有人認(rèn)為，它是雨水將空氣流驅(qū)趕到大海表面所形成的。每股空氣流會(huì)向外擴(kuò)散，直到它碰到另外的空氣流。當(dāng)這一切發(fā)生時(shí)，空氣流會(huì)再次以蜂窩狀模式升起，催生出千姿百態(tài)、魅力十足的云朵。

夜光云的頻繁出現(xiàn)，則是一個(gè)“頑固不化”的難解之謎。它呈半透明狀，由很細(xì)的冰晶構(gòu)成，盤(pán)桓在離地面80千米高的中流層，遠(yuǎn)高于普通的云，通常在高緯度地區(qū)的黎明或黃昏時(shí)分最易見(jiàn)到。但如今，它們變得越來(lái)越普遍了，美國(guó)航空航天局的衛(wèi)星經(jīng)常發(fā)現(xiàn)它也會(huì)出現(xiàn)在接近赤道的地方。

這些變化也許是因?yàn)闅夂虻母淖儯瑢?dǎo)致中間層的大氣溫度下降，有助于冰在那里的生成。另一種可能性則是，牲畜和工業(yè)排放的甲烷上升到中間層，在那里發(fā)生反應(yīng)形成水，并結(jié)成冰晶造成的。抑或是太陽(yáng)輻射的變化造成的?沒(méi)人能夠確定。

鮮為人知的高空生命

地球上幾乎沒(méi)有什么生物，能像細(xì)菌和真菌這些天空的隱形常客那樣翱翔得如此高遠(yuǎn)。它們多半是通過(guò)大氣而周游世界的“觀光客”，甚至說(shuō)地球上的生命起始于高空平流層都是可能的。

很久以前，我們就對(duì)在空氣中傳播的細(xì)菌有所了解，但它們總是擔(dān)當(dāng)添加物或偶然的流浪者的次要角色。直到1997年，在奧地利阿爾卑斯山的3000米上空，水滴匯集成云，顯示出更積極一點(diǎn)的變化和存在跡象。奧地利因斯布魯克大學(xué)的伯格特·薩特勒和她的同事發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌在那些水滴里生長(zhǎng)、繁殖，有機(jī)酸和酒精是其食物來(lái)源。薩特勒還計(jì)算出，在全球范圍內(nèi)，生活在云彩中的生命每年要消耗100萬(wàn)～1000萬(wàn)噸的碳。

其中的一些微生物會(huì)使我們的天氣發(fā)生一些改變。絕大多數(shù)雨云是由空氣中的微粒物質(zhì)遇水形成水的冰晶而凝結(jié)成的。這些微粒大多是無(wú)機(jī)物，但在20世紀(jì)70年代的一項(xiàng)研究卻顯示，細(xì)菌能做得更好。舉例來(lái)說(shuō)，植物病原體丁香假單胞菌攜帶的一種蛋白質(zhì)，能在一定的排列順序“綁定”水分子，促使水在0℃以上結(jié)冰。因此，丁香假單胞菌被用作造雪機(jī)的商用混合物。在自然界，這種細(xì)菌能用結(jié)冰來(lái)破壞植物，導(dǎo)致植物細(xì)胞破裂，從而使細(xì)菌自身順利進(jìn)入植物體內(nèi)。從那以后，別的細(xì)菌和真菌也被發(fā)現(xiàn)具備類(lèi)似的能力。

許多人都懷疑，天空中是否有足夠的細(xì)菌能影響云層的形成。2007年，加利福尼亞州大學(xué)的吉姆·帕瑞瑟領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)研究小組，乘著一架飛機(jī)在懷俄明州上空提取云層樣本。他們發(fā)現(xiàn)1／3的冰核包含生物物質(zhì)，包括細(xì)菌、真菌孢子和植物體。

在美國(guó)另一位研究人員克里斯蒂那看來(lái)，給這類(lèi)“空中瓦礫”提供免費(fèi)搭車(chē)服務(wù)的是水循環(huán)。這些微生物被吹到空氣里，冒著曬壞和脫水的危險(xiǎn)堅(jiān)強(qiáng)地存活一小會(huì)兒。這種生存挑戰(zhàn)不是無(wú)期限的，于是它們衍變?yōu)樵疲S著雨水重新落回地面。

至此，我們僅僅對(duì)空氣中的生物做了短暫的一瞥，沒(méi)人知曉有多少物種在空氣中飄蕩，也沒(méi)有數(shù)據(jù)顯示這些生命往何處演化。“我們不清楚上邊的世界。”克里斯蒂那說(shuō)道。因此，他的小組放了一只氣球到平流層以觀測(cè)是否有生命存在。現(xiàn)在他們還在篩查結(jié)果，但有跡象表明，一些早期生命的確在60千米高的上空存在著。這樣的生存條件和火星表面驚人的相似，寒冷、干燥、空氣極其稀薄，陽(yáng)光強(qiáng)烈。所以研究地球大氣層外表面的生命，能夠給我們探究外星人的存在提供一些啟示。

美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局的阿登·塔克更是提出了一種激進(jìn)的觀點(diǎn)，他認(rèn)為新的生命可能已經(jīng)在空氣中呈現(xiàn)，原始細(xì)胞也許已經(jīng)在平流層中的優(yōu)質(zhì)水滴里形成。他說(shuō)，這些水滴里的微生物可以從隕石中獲取養(yǎng)分，而且，在紫外線(xiàn)照射下，還會(huì)發(fā)生更為復(fù)雜的化學(xué)現(xiàn)象。

威力無(wú)比的大氣潮汐

當(dāng)海水受月亮的引力作用而潮起潮落時(shí)，我們頭頂?shù)目諝庖沧裱鼮閺?fù)雜的節(jié)拍涌動(dòng)。太陽(yáng)的熱量與月球的引力相結(jié)合，每天循環(huán)影響著大氣的壓力和運(yùn)動(dòng)。這類(lèi)大氣潮汐有著令人驚訝的力量，可導(dǎo)致泥石流崩發(fā)，也可在空中干擾電流傳遞，阻截衛(wèi)星信號(hào)。

在低海拔地區(qū)，普通天氣的背景下，大氣潮汐很少被人注意到。實(shí)際上，當(dāng)大氣潮汐向上空涌動(dòng)時(shí)，由于能量的傳遞，到達(dá)大氣稀薄的高空時(shí)會(huì)達(dá)到颶風(fēng)般的速度。在幾十萬(wàn)米的高空，大氣潮汐會(huì)使大氣層密度大增，從而增加在軌衛(wèi)星的運(yùn)行阻力。工程師必須考慮這一因素，才能保證對(duì)衛(wèi)星的跟蹤不受影響。

根據(jù)美國(guó)高校大氣研究機(jī)構(gòu)的毛拉·哈根的研究，大氣潮汐也會(huì)干擾電波通訊。她懷疑在大氣層上端，大氣潮汐會(huì)有助于形成等離子體“泡沫”，擾亂電波信號(hào)傳播。當(dāng)GPS信號(hào)不好時(shí)，罪魁禍?zhǔn)卓赡苷强諝獬毕?/p>

看到這里你也許會(huì)想，大氣潮汐也沒(méi)什么大不了的，因?yàn)樗前l(fā)生在天上，不會(huì)影響到地面。其實(shí)錯(cuò)了，大氣潮汐還會(huì)影響我們腳下的地面。美國(guó)地質(zhì)勘探局的威廉·舒爾茨發(fā)現(xiàn)，在科羅拉多州有大塊的土石堆正緩慢地沿山體滑下，而土石堆滑落的速度和大氣潮汐的發(fā)生有密切關(guān)系。他解釋說(shuō)，這是因?yàn)榇髿獬毕珜?dǎo)致了大氣壓分布不均，使地面受力不平衡，從而使塌方處的土壤接觸力發(fā)生變化。

不該出現(xiàn)的雷霆閃電

閃電對(duì)于現(xiàn)代科學(xué)來(lái)說(shuō)，幾乎仍是個(gè)難解之謎。盡管我們現(xiàn)在不會(huì)像祖先那樣認(rèn)為閃電是諸神使用的武器，但其背后真正的原理，我們卻一直沒(méi)完全弄明白。

一個(gè)謎團(tuán)是：如何形成雷雨云的高電荷態(tài)?目前最佳的解釋就是：當(dāng)小的冰顆粒和被稱(chēng)為霰的雪泥團(tuán)之間發(fā)生碰撞時(shí)就會(huì)傳遞電荷。但這一過(guò)程在真正的云層中仍未被證實(shí)。

另一個(gè)更大的謎團(tuán)是：當(dāng)空氣是電絕緣體時(shí)，閃電的巨大電流如何傳導(dǎo)?有種可能是閃電劃破了空氣，形成了導(dǎo)電等離子體。但這需要有一個(gè)特別強(qiáng)的電場(chǎng)，每米要超過(guò)100萬(wàn)伏。盡管氣象學(xué)家放飛了好幾百只載有儀器的氣球和火箭到雷雨云里以便實(shí)地檢測(cè)，但測(cè)到的最強(qiáng)電場(chǎng)也僅為臨界值的1／10。

也許閃電需要某種催化劑來(lái)觸發(fā)?有種理論是涉及宇宙射線(xiàn)的。這些帶電微粒很可能是遙遠(yuǎn)的銀河系里超新星爆炸后的產(chǎn)物，當(dāng)宇宙射線(xiàn)和空氣中的分子相撞時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生足夠的能量形成粒子瀑布流。這種瀑布流使空氣電離，產(chǎn)生出呈錐形的自由電子射叢，電流就這樣傳輸了。

閃電確實(shí)經(jīng)常發(fā)出x射線(xiàn)和伽馬射線(xiàn)，甚至還會(huì)有反物質(zhì)的粒子束。但科學(xué)家沒(méi)法證明宇宙射線(xiàn)就是閃電的觸發(fā)器。

為研究超新星是否也牽涉其中，俄克拉荷馬州立大學(xué)的氣象學(xué)者威廉·賓斯利同物理學(xué)家搭建了一個(gè)地面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。“我們把宇宙射線(xiàn)探測(cè)器放在發(fā)生閃電的地方，看看會(huì)有什么發(fā)現(xiàn)。”他說(shuō)。即使是這樣，謎團(tuán)還是沒(méi)有解開(kāi)。被宇宙射線(xiàn)激發(fā)出的電子僅存在幾微秒，肯定沒(méi)有足夠時(shí)間維持大量的電流。

預(yù)示厄運(yùn)的詭異之光

通紅的天體在空氣中飄流，藍(lán)白色片狀光線(xiàn)、火花、光芒和火焰猛烈地從地下沖出……所有這些都預(yù)示著災(zāi)難即將來(lái)臨。數(shù)千年來(lái)，一直有人報(bào)告在地震前和地震時(shí)會(huì)出現(xiàn)詭異離奇的光。例如，1746年，在秘魯圣洛倫索島上，搖曳閃爍的地下火焰令典獄長(zhǎng)曼紐爾·羅梅洛印象十分深刻。他當(dāng)即釋放了在押犯人，好讓他們一起留神察看。20來(lái)天后，一場(chǎng)大地震襲擊了附近的利馬。

有關(guān)地震光的影像佐證就更為豐富了。它們往往伴隨著震級(jí)在6級(jí)以上而且震源很淺的大地震。如今人們還不清楚這些光是怎么產(chǎn)生的，但美國(guó)航空航天局艾姆斯研究中心的弗里德曼·弗羅因德認(rèn)為，當(dāng)?shù)貧さ膸r石受到擠壓，就會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)電負(fù)荷然后傳到地表，這時(shí)候巖石變得像電池一樣從而產(chǎn)生龐大的電能。這個(gè)過(guò)程只產(chǎn)生低的電壓，但能產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的電場(chǎng)，足以使空氣電離并發(fā)出明亮的光。

弗羅因德做了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果令人鼓舞：在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，被壓碎的巖石產(chǎn)生電荷并放出光。現(xiàn)在已經(jīng)在地震地帶測(cè)到低頻的無(wú)線(xiàn)電波，暗示地下確實(shí)有電流存在。

目前弗羅因德正在投資給網(wǎng)絡(luò)照相和資料處理中心去監(jiān)視這類(lèi)現(xiàn)象。他希望借助這一體系和人造衛(wèi)星圖像，有一天能像預(yù)報(bào)天氣一樣預(yù)報(bào)地震。

宜居氣候的最后掙扎

假使人們沒(méi)有把事情完全搞糟的話(huà)，地球上的大氣仍然可以為人類(lèi)提供高品質(zhì)的服務(wù)好幾百萬(wàn)年——但是不會(huì)更長(zhǎng)久了。太陽(yáng)正在隨著核的收縮和溫度變得更高而緩慢地變得更明亮，數(shù)億年后，它的亮度會(huì)比現(xiàn)在增強(qiáng)約10％，從而將地球加熱到更高的溫度，讓人極不舒服。從海洋中蒸發(fā)的水，會(huì)引發(fā)惡性溫室效應(yīng)，把地球變成另一個(gè)金星。

另一方面，水蒸氣會(huì)跑到大氣的最上層，被紫外線(xiàn)分解成氧氣和氫氣。氧氣會(huì)被留在那里，氫氣會(huì)因?yàn)樘p而跑到太空。因此，地球上的水分逐漸變少。

到20億或30億年以后，海洋可能已經(jīng)枯竭了。如果火山繼續(xù)向空氣中噴出二氧化碳，地球會(huì)變得更加類(lèi)似金星。可以想象，那時(shí)空氣中將充滿(mǎn)炙熱的二氧化碳。

然后我們的地球會(huì)被沙丘所覆蓋，只是偶然會(huì)有猛烈的甲烷雨風(fēng)暴降臨。然后地球會(huì)像月球那樣，朝向太陽(yáng)時(shí)，溫度變得很高，只有很少的湖泊散落在無(wú)邊的沙漠中。天空在大部分時(shí)間會(huì)很清澈，但是會(huì)突然問(wèn)烏云密布，傾盆大雨降落到這片干枯的大地上。這時(shí)如果地球上還有人類(lèi)，他們?nèi)钥梢詮拇髿庵蝎@得水。由于太陽(yáng)變得更為明亮，他們有更多的能源可以利用，還可能有更大的暴風(fēng)雨。

在地球上殘存的水被耗盡之前，這樣的環(huán)境可能會(huì)持續(xù)億年之久。當(dāng)這些水都沒(méi)有時(shí)，所有的生命都將終結(jié)。