相信许多人还对2008年北京奥运会开幕式印象深刻,除了绚烂的烟花和震撼的光电效果外,您是否注意到当天成功实施了人工影响天气作业?气象人员通过各种措施成功阻止了降雨发生,保证了开幕式顺利进行。现在看来,通过人工作业小范围地控制降雨的目标已经实现,那么人类能否更大程度地控制天气?多年以来,人们都在梦想通过现代科技操纵雨、雪、风、霜,从而避免那些致命的洪水和干旱。那么,人类究竟能否真正成为操纵天气的“雷公电母”呢?
在西方,曾经有科幻作家设想,将来的政府有这样一位人工影响天气部的部长,他只需要根据各地的气候情况,轻轻地按动控制按钮,就可以让不同城市晴朗或者降雨。西边干旱?那好吧,就制造一场及时的甘霖。什么,东部海岸线将要出现台风?不必担心,我们将发射一枚小型核弹驱散滚滚乌云。
“真实比虚构更奇怪”,这句话用在人类试图操纵天气来说再适合不过。让我们首先从一个简短的“求雨”历史开始吧!在美国,许多土著部落,尤其是生活在半干旱地区的土著人,比如普韦布洛,雷皮和祖尼人,他们经常需要在干旱的大地上虔诚地跳着精心设计的舞蹈,向吝啬雨水的上天祈求降雨。直到19世纪晚期和20 世纪早期,这些祈雨巫师仍然在广袤的美国西部地区游走,以为土著人祈雨为生。怎么样,这和古代的中国是不是十分相像?您还记得在《三国演义》中诸葛亮是如何借东风的吗?那时他扮演的大概也就是“唤风巫师”的角色。
这些北美土著巫师看起来更像是“巡回推销员”,他们巧妙地把“伪科学”和吸引眼球的特技表演结合起来,通常运用一些设备向天空中抛洒化学药品或者气体,并向当地的部族许诺可以过这些技法在短时间内召来降雨。这些伎俩甚至使美国政府也加入其中,1891年,美国国会甚至批准花费19000美元用于在田纳西州进行求雨测试。这次测试由一个名为罗伯特•卓恩福斯(Robert Dryenforth)的人指导,他最后下了一个模棱两可的结论:巫师求雨的效果并不确定。一个世纪过去了,政治家和民众对这些唤雨巫师的可靠性日渐怀疑。
直到40年之后,科学家开始进入天气控制领域,那些从事唤雨工作的“江湖郎中”才真正黯然退出历史舞台。实质性的转折发生在1946年,两位化学家——欧文•朗缪尔(Irving Langmuir)和文森特•舍费尔(Vincent Schaefer)揭开了控制降雨的谜团。当时,二人都在位于纽约州的斯克内克塔迪市的通用电器研究工作实验室工作。他们发现,将冰晶引入过冷云团当中可以引起降雪。他们将这个过程称为冰晶云种播散(glaciogenic cloud seeding)。他们的新发现将自然化学家——著名小说家库尔特•冯内古特的哥哥伯纳德•冯内古特(Bernard Vonnegut)吸引到了研究团队当中。
经过研究,冯内古特在碘化银中找到了另外一种可以产生同样作用的结晶物质。之后,研究团队又找到了云种播散的作用原理:通常情况下,云中的小水滴在没有外部因素的影响下不会结冰。如果这些细微的水滴与碘化银“邂逅”,便会凝结为晶体。一旦这些冰晶凝结得足够大,它们就会从云层中坠落。通常情况下会以雪的形式降落,如果在下落的过程中遭遇暖空气,雪便化身为雨落向大地。
云种播散:人工影响天气
探寻科学的真相有时候就像在原始森林里穿行,找到一条通往外界的道路并不容易,一些不畏艰险的科学家就是那些探路者。经过不懈努力,科学家们终于找到了控制天气的方法——至少是在实验室里。在接下来的30年当中,研究者和具有雄心的企业家开始在世界各地游说,并把朗缪尔、舍费尔和冯古内特的云种理论应用到现实当中。通常云种播散有两种方法,一是驾驶飞机冲入云层,把碘化银颗粒播散到所经之地;二是通过发射携带碘化银的炮弹,通过爆炸使这些“种子”播种到云层当中。这些天气操控师有时扮演雨师,努力在干旱的地区制造一场及时雨;有时扮演成“催产师”,他们通过播种云种让云团提前降雨,从而避免冰雹因水分凝结而持续增大,有效减轻冰雹的危害;有时可以驱散浓雾,以恢复飞机的正常起降。一些拥有这些新技术的业主甚至描绘出种种宏伟的蓝图,似乎在不久的将来,那些喜怒无常的天气就要对人类俯首称臣。然而,不幸的是,目前而言科学似乎很难证实他们的设想。一些严格的科学实验甚至表明,云种播散技术很少奏效,甚至一点作用也不起。
是不是觉得很泄气?也不必那么悲观——上帝虽然关住了一扇门,或许早已为人类打开了另外一扇窗。时至今日,许多诱人的证据都似乎证明了人工影响天气的可行性。比如说吧,来自南非和墨西哥的科学家已经提出,在暖湿云团中种植一种新的“云种”可以影响降雨。这种云种被称为“吸湿云种”(hygroscopic seeding),实际上是一种含盐的微粒。相信有不少读者在网上见过,通过使用食盐使水迅速结冰的小实验——这是有科学依据的。科学家声称,通过在云中植入这种云种,将比碘化银更为有效。我国的科学家被认为已经掌握了这种吸湿云种技术,他们可以在某一特定时间,实现特定区域内天气的晴朗或者降雨。比如说文章开头所提到的2008年北京奥运会开幕式,不少人都见识了这种人工影响天气作业的效果。
如果说人们已经有能力操纵局部地区若干云团的降雨,那么我们是否有可能通过影响其形成过程从而阻止破坏力极强的飓风呢?这不是天方夜谭,一些科学家深以为然。通过计算机模拟近些年来的一些飓风,比如1992年的安德鲁飓风,科学家发现,在飓风形成过程中,一两个微小的变化就可能使大灾难转为小风暴。这可以用著名的混沌理论(chaos theory)来进行解释,混沌理论是用来描述一系列复杂系统,比如天气系统的一套科学法则,其要义是初始参数的细微变化即可从根本上影响最终结果。
现在气象学家猜想,能否对这些混沌加以有效地利用,以实现飓风在形成的第一时间就得到控制。如果我们可以在大西洋飓风形成之初就改变其中的一或两个变量,那么就有可能在它成长为噬人魔鬼之初就被削弱能量或者改变轨迹。改变海洋的温度似乎是最为可行的方案,一些科学家已经设想在某些海域覆盖上一层薄薄的油脂 ——不必担心这些油的环境危害,因为它们可以被生物分解。通过这些油脂可以有效减弱海水蒸发——这是飓风形成的最初要素。同样,人们也设想利用混沌来克服龙卷风的危害。一位物理学家曾经提出通过破坏龙卷风 “漏斗”形结构的形成来阻止其力量增强,他设想通过太阳能驱动的卫星发射若干微波光束,迅速击中并破坏即将形成龙卷风的气团。
但是时至今日,这些宏大的设想听起来仍然像是科幻小说。操纵天气并非如人们所想象中的那样,轻轻一按改变天气机器的开关,或者拨打某些号码,就能实现定量降雨。人类控制天气的理想虽然像“后羿射日”一样浪漫,或者说,我们从来不缺乏这种精神,但是要实现这一理想却是 “路漫漫其悠远”的过程。