破解天气变化：10位气象学领域的科学家

前言鸣谢内容提示一 埃万杰利斯塔·托里拆利（Evangelista Torricelli）（1608-1647） 水银气压计的发明者 伽利略的助手 气压计的发明 对数学的贡献 英年早逝 生平年表 扩展阅读二 本杰明·富兰克林（Benjamin Franklin）（1706-1790） 证明闪电是一种电现象 家族企业 印刷学徒 独自闯荡 《穷理查历书》 宾夕法尼亚壁炉 电的实验 对旋风和洋流的研究 新政权的缔造者 生平年表 扩展阅读三 卢克·霍华德（Luke Howard）（1772-1864） 为云层分类 凝望天空 业余时间钻研科学 《关于云的变种》 气象学权威 现代通行的云层分类法 生平年表 扩展阅读四 弗兰西斯·蒲福爵士（Sir Francis Beaufort）（1774-1857） 确立风级 无中生有 海事激情 权威天气报告的必要性 更为简明的风级 国际风级 蒲福的遗产 生平年表 扩展阅读五 路易斯·阿加西（Louis Agassiz）（1807-1873） 证实大冰川时代的存在 居维叶的助手 冰川研究 阻力 到美国的单程访问 地质气候学的建立 生平年表 扩展阅读六 威廉姆·费雷尔（William Ferrel）（1817-1891） 解释了地球自转对大气和海洋环流的影响 谷仓大门上的数学 气象学上的牛顿 地球自转对流体的影响 潮汐预报器 生平年表 扩展阅读七 约翰·丁铎尔（John Tyndall）（1820-1893） 研究了不可见气体对地球气温的影响 测绘员、讲师和学会会员 冰川运动 辐射热 天空为什么是蓝色的 浓雾信号 挫败自然发生论 自然哲学的普及 生平年表 扩展阅读八 克利夫兰·阿贝（Cleveland Abbe）（1838-1916） 美国第一个气象员 天文学梦想 从俄国到华盛顿 日常天气报告 国家气象局的成立 时间问题 得力的公仆 生平年表 扩展阅读九 威廉·皮叶克尼斯（Vilhelm Bjerknes）（1862-1951） 解释了大气中气团的运动 父亲的影响 物理流体力学 雄心计划 大气之战 现代气象学之父 生平年表 扩展阅读十 保罗·克鲁岑（Paul Crutzen）（1933-） 发现臭氧层损耗 艰辛 第二职业 超声波飞机和源于人类的氯 臭氧层空洞 生物量燃烧和核冬天 荣誉和影响 生平年表 扩展阅读

　　从18世纪40年代开始，富兰克林开始在家中开展关于电的实验。他记下了他的大部分观察结果，并把它们发给科学上的伙伴——伦敦的科学家彼得·克林森(PeterCollinson)。这些记录后来被集结成册，并且于1751年以《电学的试验与观察》为名出版。他采用了“正”、“负”等状态来描述相反的电荷。他在早期曾经发现尖锐的导体比粗钝的导体更容易从远处获取电荷。他让科学家们了解到电荷并不是人为创造的，而是在自然界中获得的。他还发现了电荷守恒定律：在任何物理过程中产生的电荷总量为零。1753年，伦敦皇家学会为了表彰富兰克林在电学领域做出的卓越贡献，授予他科普勒奖章(CopleyMedal)。
　　1756年，富兰克林当选为皇家学会会员。
　　富兰克林是研究莱顿瓶(Levdeniar)工作原理的先驱。
　　莱顿瓶是内外都贴上金属箔、装满水并且盖上木塞的玻璃瓶，一根金属棒通过木塞插人瓶内的水中。莱顿瓶是用来储存收集到的电荷的，当贴有金属箔的外侧瓶底被放到地上(人为放置)，外侧和内侧通过导体连接起来的时候，瓶中的电荷会以火花的形式流出。有人为了好玩，会触摸金属棒，起到导体的作用而让瓶子放电。富兰克林对莱顿瓶的工作原理很感兴趣，他发现导体内外有等量属性相反的电荷。当他把瓶子里的水倒进另一个水瓶时，水中并没有电荷；而当他把空瓶子再次灌满水的时候，莱顿瓶仍然可以产生火花。这表明莱顿瓶放电时的震动是由瓶子自身产生的。
　　为了进一步证明瓶子被充电了，他用导电片盖住一块玻璃的两端，为导电片充电，然后依次拿走导电片。结果，两片导电片都没有被充电，瓶子反而带电了。今天，我们把这种设备称为电容。电容就像玻璃瓶那样，是储存电能的设备，由两块平行的导电材料组成。
　　导电材料紧密靠近，但是并不接触。电容被广泛应用在包括收音机和电视机在内的各种电器设备中。闪电和电流的相似性让富兰克林陷入沉思。两者都产生光，都沿着弯曲的路径前进，并且都有爆裂的声音。为了验证闪电是不是一种电流，他计划在当地一所教堂的塔尖上放置一根长长的金属棒，希望可以收集到电荷。富兰克林还在等待金属棒被安装到塔尖的时候，有人用他的主意收集到了电荷。1752年，富兰克林用另一种方式证明了闪电是一种电流。他把一块丝绸放在两根交叠的木棒上做成一个风筝，然后在一根木棒的一端系上一根尖尖的金属棒。在风筝线的末端，富兰克林系上了一条丝带和一把金属钥匙。如果天空中出现闪电，他就能把静电沿着潮湿的风筝线拉到钥匙中。他小心地站在干燥的背雨处，以防手中的丝带被打湿。在和他的儿子威廉(william)等了一阵子之后，富兰克林发现风筝线上的绒毛都直直地立了起来。当他用手指靠近钥匙的时候，有火花从钥匙向他的手移动。不幸的是，有两名科学家在重复这一实验的时候，由于没有让电荷恰当着陆，被雷电击中而去世。
　　闪电非常危险，被它击中的人非死即伤，后果惨重。闪电如果击中建筑物，也会造成极大的破坏，甚至引起火灾。
　　为了防止闪电造成的灾害，富兰克林发明了避雷针。避雷针可以吸收天空中的电荷，并且把它们安全地导人地下，而不对建筑物造成损害。这以后，人们开始为建筑物绑上高高的金属杆。这些金属杆位于需要保护的建筑物顶部，高出屋顶约6—8英尺(1.8—2.4米)，并且一直延伸到地面，可以吸收云层中的电并且引走电流，以防损害建筑物。

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