被“世界纪录”告白的气球

尹丹

“告白气球，风吹到对街，微笑在天上飞……”气球，它可以营造浪漫的氛围，可以作为儿童玩具，稍微进阶一下，还是可以被利用飞上天的原理载物。可是，你知道吗？有一只“气球”，它飞升到了7003米的高度，创造了高空科学观测的世界纪录，它就是“极目一号”。

2019年5月9日起，我国自主研制的“极目一号”系留气球在西藏第二大湖纳木错开展了多次高空观测。系留气球，顾名思义，是指在气球的下端系着一根缆绳栓，这根缆绳不仅起到拽着气球的作用，里面还包含着电缆和光纤，分别起到供电和通信的作用。2019年5月23日凌晨6点01分，“极目一号”创造了同类系留气球高空科学观测的世界纪录：上升到7003米。6月1日早上5点40分，系留气球上升到海拔6761米，顺利完成了第7次高空观测。

“极目一号”能够上到7003米，测量大气中的水汽稳定同位素，这在世界上是第一次，对青藏高原的观测也有着更加特殊的意义。纳木错处于西风和季风相互作用的地区，又是西风和季风相互作用的一个转换地区。之前，我国科学家对整个亚洲水塔（以青藏高原为主体的世界第三极，有众多的高山山脉，分布着除南北极之外最大的冰川群，滋润了数量众多的河流和湖泊）的水汽来源，以及其对季风和西风起多大作用，都不是很清楚。通过将系留气球上升到7003米，观测出的大气中水汽稳定同位素值，可以发现这种水汽的输送来自东南方向。这超出我们对印度季风输送高度的认识，在科学上是新的发现。

高原地区的垂直剖面气象观测是一个难题，以前科考队员用牦牛将科研仪器驮到高原不同的高度进行观測，这种方法受山地地形的限制，获取的数据无论是在时间和空间上都比较分散。而且使用“肩扛牛驼”的方法，即使将仪器设备带到较高海拔地点，仍然无法消除地表影响，以至于无法获得相关海拔高度水汽同位素和黑炭等大气成分的真实含量和变化。不仅如此，据说牦牛到了海拔6500米，再往高处就“打死也不走了”。

系留气球是依靠浮力升空的，载重要求越高，升空高度越高，系留气球的体积就越大。那么，大家会问：“这么大个气球会不会被风吹跑了？”当然不会！除了主系缆有很高的安全系数之外，系留气球系统的地面锚泊设施也起了重要作用。系留气球锚泊设施的主要作用和船舶上的锚泊设施类似，虽然在形式上有所区别，但是两者都起到了稳定和固定的作用。

系留气球有两个状态，系留状态和锚泊状态。系留状态是它的工作状态，气球只被主系缆拽着，停留在需要的高度，气球上的仪器设备就可以开始工作了。锚泊状态是待机状态，气球收回到锚泊平台上，由头部的鼻锥和两侧系索三点共同约束，这时气球上的科学仪器会关机，仅留有球体压力控制的设备正常工作。锚泊设施上有一个回转平台，可以被球体带动自由转动，使流线型气球的头部始终对着来风的方向。一旦遇到恶劣天气，操作人员就会将系留气球置于锚泊状态，以保证球体的安全。

在未来，我国将完成系统的“极目”观测，实现对第三极生态、环境、资源、灾害等过程的大范围、多尺度、系统化、常态化监测，为科学研究和社会经济发展提供精准数据，也为青藏高原“水、生态和人类活动”研究提供全新的科学数据支撑。