被“世界紀錄”告白的氣球

尹丹

“告白氣球，風吹到對街，微笑在天上飛……”氣球，它可以營造浪漫的氛圍，可以作為兒童玩具，稍微進階一下，還是可以被利用飛上天的原理載物?？墒牵阒绬?？有一只“氣球”，它飛升到了7003米的高度，創(chuàng)造了高空科學觀測的世界紀錄，它就是“極目一號”。

2019年5月9日起，我國自主研制的“極目一號”系留氣球在西藏第二大湖納木錯開展了多次高空觀測。系留氣球，顧名思義，是指在氣球的下端系著一根纜繩栓，這根纜繩不僅起到拽著氣球的作用，里面還包含著電纜和光纖，分別起到供電和通信的作用。2019年5月23日凌晨6點01分，“極目一號”創(chuàng)造了同類系留氣球高空科學觀測的世界紀錄：上升到7003米。6月1日早上5點40分，系留氣球上升到海拔6761米，順利完成了第7次高空觀測。

“極目一號”能夠上到7003米，測量大氣中的水汽穩(wěn)定同位素，這在世界上是第一次，對青藏高原的觀測也有著更加特殊的意義。納木錯處于西風和季風相互作用的地區(qū)，又是西風和季風相互作用的一個轉換地區(qū)。之前，我國科學家對整個亞洲水塔（以青藏高原為主體的世界第三極，有眾多的高山山脈，分布著除南北極之外最大的冰川群，滋潤了數(shù)量眾多的河流和湖泊）的水汽來源，以及其對季風和西風起多大作用，都不是很清楚。通過將系留氣球上升到7003米，觀測出的大氣中水汽穩(wěn)定同位素值，可以發(fā)現(xiàn)這種水汽的輸送來自東南方向。這超出我們對印度季風輸送高度的認識，在科學上是新的發(fā)現(xiàn)。

高原地區(qū)的垂直剖面氣象觀測是一個難題，以前科考隊員用牦牛將科研儀器馱到高原不同的高度進行觀測，這種方法受山地地形的限制，獲取的數(shù)據(jù)無論是在時間和空間上都比較分散。而且使用“肩扛牛駝”的方法，即使將儀器設備帶到較高海拔地點，仍然無法消除地表影響，以至于無法獲得相關海拔高度水汽同位素和黑炭等大氣成分的真實含量和變化。不僅如此，據(jù)說牦牛到了海拔6500米，再往高處就“打死也不走了”。

系留氣球是依靠浮力升空的，載重要求越高，升空高度越高，系留氣球的體積就越大。那么，大家會問：“這么大個氣球會不會被風吹跑了？”當然不會！除了主系纜有很高的安全系數(shù)之外，系留氣球系統(tǒng)的地面錨泊設施也起了重要作用。系留氣球錨泊設施的主要作用和船舶上的錨泊設施類似，雖然在形式上有所區(qū)別，但是兩者都起到了穩(wěn)定和固定的作用。

系留氣球有兩個狀態(tài)，系留狀態(tài)和錨泊狀態(tài)。系留狀態(tài)是它的工作狀態(tài)，氣球只被主系纜拽著，停留在需要的高度，氣球上的儀器設備就可以開始工作了。錨泊狀態(tài)是待機狀態(tài)，氣球收回到錨泊平臺上，由頭部的鼻錐和兩側系索三點共同約束，這時氣球上的科學儀器會關機，僅留有球體壓力控制的設備正常工作。錨泊設施上有一個回轉平臺，可以被球體帶動自由轉動，使流線型氣球的頭部始終對著來風的方向。一旦遇到惡劣天氣，操作人員就會將系留氣球置于錨泊狀態(tài)，以保證球體的安全。

在未來，我國將完成系統(tǒng)的“極目”觀測，實現(xiàn)對第三極生態(tài)、環(huán)境、資源、災害等過程的大范圍、多尺度、系統(tǒng)化、常態(tài)化監(jiān)測，為科學研究和社會經濟發(fā)展提供精準數(shù)據(jù)，也為青藏高原“水、生態(tài)和人類活動”研究提供全新的科學數(shù)據(jù)支撐。