一個(gè)典型的天氣瓶（風(fēng)暴瓶）（圖片來(lái)源于：getdatgadget.com）
最近，一種叫做“天氣瓶”的小玩意兒又在網(wǎng)絡(luò)上流行起來(lái)。網(wǎng)上的介紹說(shuō)，這種裝在玻璃瓶里的透明溶液會(huì)隨著天氣的變化長(zhǎng)出各種漂亮的結(jié)晶，從結(jié)晶的形態(tài)還能看出是否要陰天下雨。這個(gè)小瓶子真有反映天氣的神奇功能嗎？
天氣瓶是什么？
自古以來(lái)，各個(gè)農(nóng)耕文明都極其重視歷法與氣象觀測(cè)。到了海洋文明時(shí)代，對(duì)氣象預(yù)測(cè)的需求更加提升——如果在海上突然遇上一場(chǎng)風(fēng)暴可不是鬧著玩的。正因?yàn)槿绱?，在那個(gè)科技還不算發(fā)達(dá)的年代，人們就開(kāi)始積極地研究能夠反映天氣的設(shè)備了。
大約在18世紀(jì)末期，一種被叫做“風(fēng)暴瓶”（StormGlass）的天氣預(yù)報(bào)器出現(xiàn)了，據(jù)說(shuō)它可以靈敏地感應(yīng)大氣環(huán)境中光、熱和氣壓這些參數(shù)的變化，一旦有了變天的先兆，瓶中的化學(xué)物質(zhì)就會(huì)發(fā)生一系列變化，變得渾濁不清，長(zhǎng)出形態(tài)各異的結(jié)晶來(lái)?，F(xiàn)在所說(shuō)的天氣瓶就是由此而來(lái)。
由于風(fēng)暴瓶的很多原始資料都已散逸，最初的配方如何已無(wú)人知曉，甚至發(fā)明者是誰(shuí)也已不可考，但這個(gè)發(fā)明在19世紀(jì)還是得到了不少科學(xué)界人士的改進(jìn)。在風(fēng)暴瓶的“研發(fā)史”上，最值得一提的人物是羅伯特·菲茨羅伊（RobertFitzroy）船長(zhǎng)，正是他指揮的三桅帆船“小獵犬號(hào)”帶著達(dá)爾文進(jìn)行了那次著名的環(huán)球考察。而相對(duì)不為人知的是，菲茨羅伊船長(zhǎng)同時(shí)也是一位氣象學(xué)家，他進(jìn)行了很多天氣預(yù)報(bào)和監(jiān)測(cè)工作。菲茨羅伊也確定了風(fēng)暴瓶的基本配方：蒸餾水、乙醇、樟腦、硝酸鉀與氯化銨，并將它用在了小獵犬號(hào)的航行當(dāng)中。
根據(jù)當(dāng)時(shí)的記載，人們相信這種配方的風(fēng)暴瓶可以預(yù)測(cè)晴天、多云、風(fēng)暴、大霧以及下雪等多種天氣狀況。據(jù)說(shuō)判斷天氣的方法也非常簡(jiǎn)單：如果瓶中清澈，那就會(huì)是晴天；如果呈現(xiàn)云狀，那就代表多云；倘若云狀液體還拖著星狀分布的沉淀，那不用說(shuō)，就是風(fēng)暴要來(lái)了。這樣的描述，看起來(lái)還真與《水知道答案》有幾分相像。
結(jié)晶能反映天氣嗎？
隨著環(huán)境的變化，在天氣瓶中確實(shí)可以看到形態(tài)各異的結(jié)晶，這個(gè)過(guò)程看起來(lái)相當(dāng)神奇，也很有美感，但它實(shí)在很難反映天氣的變化。
同一瓶溶液，為什么會(huì)出現(xiàn)不同的結(jié)晶形態(tài)？在實(shí)驗(yàn)室玩過(guò)結(jié)晶的人都知道，長(zhǎng)晶體可不是理論上說(shuō)長(zhǎng)什么樣就會(huì)長(zhǎng)成什么樣的，很多細(xì)節(jié)因素都可能對(duì)結(jié)晶過(guò)程造成影響。一般來(lái)說(shuō)，分析晶體生長(zhǎng)的情況，主要需要考慮溶質(zhì)自身的特性、溶液體系、溶質(zhì)濃度、溫度以及溫變速率這些參數(shù)，實(shí)驗(yàn)室里長(zhǎng)晶體通常也都是從這些參數(shù)著手，添加不良溶劑、揮發(fā)、降溫、控制晶核都是常見(jiàn)的方法；有時(shí)候，電場(chǎng)、磁場(chǎng)、加壓等方式也會(huì)用于調(diào)整晶體生長(zhǎng)。但即便如此，還是會(huì)出現(xiàn)很多意外，比如一粒肉眼不怎么看得見(jiàn)的PM2.5灰塵掉落到過(guò)飽和溶液里，這突然出現(xiàn)的晶核就可能立即打亂之前的所有工作。
具體到天氣瓶來(lái)說(shuō)，到底有哪些因素影響著它的結(jié)晶呢？這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)有研究論文給出了答案。日本科學(xué)家長(zhǎng)島和茂（KazushigeNagashima）帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)曾專(zhuān)門(mén)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)天氣瓶的結(jié)晶條件和結(jié)晶成分進(jìn)行了驗(yàn)證[1]。X射線衍射結(jié)果顯示，天氣瓶中美麗的結(jié)晶就是樟腦晶體，氯化銨與硝酸鉀在這個(gè)體系中并不會(huì)發(fā)生結(jié)晶，但它們的存在可以提供晶核。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，環(huán)境電場(chǎng)、磁場(chǎng)、濕度、氣壓這些因素對(duì)瓶中晶體的生長(zhǎng)都沒(méi)有影響，真正造成影響的主要因素就是環(huán)境溫度以及溫度變化的速率。
編輯：徐彥
