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飞行中的科学 第四章 云端之上
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进入云层
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从起飞到现在，窗外的风景美不胜收。不过，航程中的某些时刻你可能会钻入云中，从飞机里向外看去好似一切都在云雾笼罩之中，但是你终将穿过云层，放眼望去，飞机已被壮丽奇妙的云景所环绕。白天，太阳在云端闪耀，天空总是那么的蔚蓝。飞机不远处，一团团鹅绒似白云绵延起伏，直到地平线的尽头，多么壮阔绮丽的景色啊。
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在你穿越云层时，你也许会注意到一些不同种类的云，不过，在我们详细介绍它们之前，我们先来了解一下云到底是什么。空气中到处弥漫着水蒸气。我们通常认为水壶中喷出的那股蒸气就是水蒸气，但是这种想法是有误的。水蒸气是看不见的气体，是气态的水，就如同冰是固态的水一样。我们看见的那些所谓的蒸气是水蒸气凝结后重新变为液态的水，它们在空气中结成细小的水珠。
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我们都知道100摄氏度下水会沸腾，所以，空气中无时无刻，甚至是在常温下都存在着水蒸气这样的说法让人觉得匪夷所思。想想看，常温情况下的大海是地球上水蒸气的主要来源。我们在这里所说的温度是以物质中分子运动的速度来测定的。温度越高，分子运动的速度就越快。不过，温度是一个统计学问题。这并不意味着在某一温度下，任何一个分子都以特定速度运动，而是就平均来说，分子的运动速度会与对应的温度相匹配。
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自然界中，有些分子的运动速度较快，有些较慢。较之于海面之下的水分子，海面之上的水分子运动相对快速因而越发容易扩散到更远的地方。有些水分子更为活跃，它们挣脱大海中其他分子的电磁束缚，飘散到大气中。如果海洋中所有的分子都这么高速运动的话，海水将会沸腾。这如我们上面所说的那样，大海每时每刻都在丢失一些分子——蒸发是其中的一种途径——因而，广阔的海面将生成大量的水蒸气。
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因此，水分子一刻不停地向空气中吐射水蒸气。同时，空气中的水分子会重新落回海洋。在任何情况下，水气蒸发和其凝结保持一种相应的平衡。我们通过测量空气的潮湿度来计算其中水蒸气的含量。
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空气中的有些水分子会聚集在一起形成小水珠，有些水分子则升到高空，在低温的催化下凝结成微小的冰晶。温度变化会产生水珠，不过普遍来说，水珠的萌生离不开空气中那些飘浮的小颗粒，诸如沙粒、烟尘或是花粉，甚至细菌也不例外——空气中有数不清的细菌，它们也经常参与水蒸气的凝结过程。这些小水珠看上去就如水壶喷出的蒸气一样，无数这样悬浮的小水珠最终形成了云。
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为什么云朵不会从天上掉下来呢？人们很容易产生这样的疑问，但很少有人来解答这个问题。毕竟，水比空气要重。当水溢出玻璃杯时，它们并不会飘浮在空气中。当然，天上的水会以雨滴的形式落下来，那么，为什么云不会像雨水那样一滩滩地从天上掉下来呢？
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让人意想不到的是，云的确在下沉。云朵没有什么神奇法力——它们如万物一样逃脱不了地球重力的束缚。只不过它们下落的速度非常非常缓慢，这是因为组成云朵的小水珠小得让人难以置信——它们的直径大概只有一亿分之一米。当物体变得如此微小时，它们不以人们习惯的方式运动。尽管重力同样作用于那些看不见的小水珠与普通水珠，但是，重力对它们的影响却不同。
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水珠的质量决定了其所受到重力的大小，水珠越轻，受力越小。同时，物体越小，受到空气的阻力就越大。云朵中小水珠比雨滴要小，而更接近于空气分子的大小，因而它们不断受到空气的影响。就云彩中的一粒小水珠来说，空气和它的关系就好比黏稠糖浆和其间的小滚珠。小水珠下降一米得花上一年时间。现实中，我们看不到云朵下落，因为即便我们有耐心等待，云朵也无法存在这么长时间。
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云朵的颜色各不相同。我们通常都认为它们是白色的，因为它们反射掉大部分的光——但它们不如金属那般刺眼，而像冰块那样柔和，看起来毛茸茸的。稀薄的云层会染上天空的颜色，尤其是在日出和日落时分，你通常都能看见红彤彤的彩霞。另一些云则明显要灰暗许多，从灰色到黑色都有。
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现实中的云最暗淡的也不过就是灰色，不过在眼睛和大脑的综合作用下，它们的颜色看上去要比实际灰暗得多。同样的事情发生在你注视一幅夜空的图片或是电视上的宇宙画面时，它们看上去都是黑漆漆的——只是，当你关掉电视时，屏幕的颜色是深灰色的，而节目里播放的太空的颜色怎么可能比屏幕的颜色还要深呢？这是你的大脑在捣鬼，它误导你屏幕是黑色的。
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云层中，当许多小水滴开始聚集在一起形成更大的水珠时，云朵就开始变暗了。这意味着更少的光线被云层表面反射，有些甚至被云层吸收，使它看上去愈加灰暗。小水滴聚集在一起，数量越来越多，体积也越来越大，最终形成雨滴落了下来，所以，我们通常将乌云看成暴风雨的前兆。
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飞行中的科学 观云历险记
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云可以分成不同的种类。这是由云朵所处的高度、形状以及它们的密度决定的。（理论上来说，云朵的种类和它们如何运动、变形有关，不过在我们粗略的介绍中这部分内容会省略。）不同种类的云能帮助人们进行气象预测，不过就算你不带任何目的观察它们，也会感到乐趣十足。准确来说，云的种类繁多——差不多有52种，不过为了方便理解，我们将它们简化为10种。最起初的分类系统将云分成三科。它们是卷云（cirrus）（来源于拉丁单词“头发”，接着演变成wispy，表示稀薄的云）、积云（cumulus）（很显然表达了“一堆堆”或是“堆积”的意思）和层云（stratus）（表示“一层层”或是“一大片”）。
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这套早期的分类方法是由伦敦气象学家卢克·霍华德（Luke Howard）于1802年制定的，风景画家约翰·康斯特勃（John Constable）继续了卢克研究，开展了大量的有关云的探索。后来，在1896年，人们根据云的基本形态将它们划分为9种，并以数字1到9命名。后来，人们对这个分类进行了修改，加入了第10种云。不过再后来，负责对云编号的世界气象组织又以数字0到9对它们进行编号。
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世界气象组织对之前编号的修改是出于一个令人意想不到的理由，它甚至带有几分浪漫色彩。分类中的第9号云（后来很短一段时期内被改为10号）曾经是积雨云（cumulonimbus）。尽管这种云由于底部离地面很近而被划分为低云，但是其云体浓而厚，高耸如山峰，积雨云云顶高耸，远高于其他的云。如果有机会能停留在积雨云的边缘，你会有一种站在世界之巅的感觉——“在9号云端”（on cloud nine）这个短语表达就由此而来。世界气象组织认识到，如果他们把9号云改成10号的话，那就太让人扫兴了，因此，他们撤销了原来的修改方案。
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飞行中的科学 一路奔向9号云
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让我们来认识一下那些从机窗中就能看到并且容易辨认的云朵吧。离地面最近最近的云叫做层云。这些云看起来像一大片薄雾，也像一张灰压压的大毯子，在某一水平面上平铺开去（雾气能到达地面，而云不能）。层云中有一个分支叫做碎层云（stratus fractus），云体为不规则的碎片，它的底部比主体部分的层云更加接近地面。层云飘浮在离地面几百米的低空，飞机起飞后一会儿工夫就将穿越层云。
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