一個典型的天氣瓶（風暴瓶）（圖片來源于：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。網(wǎng)上的介紹說，這種裝在玻璃瓶里的透明溶液會隨著天氣的變化長出各種漂亮的結(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，各個農(nóng)耕文明都極其重視歷法與氣象觀測。到了海洋文明時代，對氣象預測的需求更加提升——如果在海上突然遇上一場風暴可不是鬧著玩的。正因為如此，在那個科技還不算發(fā)達的年代，人們就開始積極地研究能夠反映天氣的設(shè)備了。
大約在18世紀末期，一種被叫做“風暴瓶”（StormGlass）的天氣預報器出現(xiàn)了，據(jù)說它可以靈敏地感應大氣環(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，瓶中的化學物質(zhì)就會發(fā)生一系列變化，變得渾濁不清，長出形態(tài)各異的結(jié)晶來?，F(xiàn)在所說的天氣瓶就是由此而來。
由于風暴瓶的很多原始資料都已散逸，最初的配方如何已無人知曉，甚至發(fā)明者是誰也已不可考，但這個發(fā)明在19世紀還是得到了不少科學界人士的改進。在風暴瓶的“研發(fā)史”上，最值得一提的人物是羅伯特·菲茨羅伊（RobertFitzroy）船長，正是他指揮的三桅帆船“小獵犬號”帶著達爾文進行了那次著名的環(huán)球考察。而相對不為人知的是，菲茨羅伊船長同時也是一位氣象學家，他進行了很多天氣預報和監(jiān)測工作。菲茨羅伊也確定了風暴瓶的基本配方：蒸餾水、乙醇、樟腦、硝酸鉀與氯化銨，并將它用在了小獵犬號的航行當中。
根據(jù)當時的記載，人們相信這種配方的風暴瓶可以預測晴天、多云、風暴、大霧以及下雪等多種天氣狀況。據(jù)說判斷天氣的方法也非常簡單：如果瓶中清澈，那就會是晴天；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，就是風暴要來了。這樣的描述，看起來還真與《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，在天氣瓶中確實可以看到形態(tài)各異的結(jié)晶，這個過程看起來相當神奇，也很有美感，但它實在很難反映天氣的變化。
同一瓶溶液，為什么會出現(xiàn)不同的結(jié)晶形態(tài)？在實驗室玩過結(jié)晶的人都知道，長晶體可不是理論上說長什么樣就會長成什么樣的，很多細節(jié)因素都可能對結(jié)晶過程造成影響。一般來說，分析晶體生長的情況，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)，實驗室里長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、控制晶核都是常見的方法；有時候，電場、磁場、加壓等方式也會用于調(diào)整晶體生長。但即便如此，還是會出現(xiàn)很多意外，比如一粒肉眼不怎么看得見的PM2.5灰塵掉落到過飽和溶液里，這突然出現(xiàn)的晶核就可能立即打亂之前的所有工作。
具體到天氣瓶來說，到底有哪些因素影響著它的結(jié)晶呢？這個問題已經(jīng)有研究論文給出了答案。日本科學家長島和茂（KazushigeNagashima）帶領(lǐng)的研究團隊曾專門進行實驗，對天氣瓶的結(jié)晶條件和結(jié)晶成分進行了驗證[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體系中并不會發(fā)生結(jié)晶，但它們的存在可以提供晶核。實驗還發(fā)現(xiàn)，環(huán)境電場、磁場、濕度、氣壓這些因素對瓶中晶體的生長都沒有影響，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
