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疯狂实验史 1946 辍学学生使天空降水
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那个周三，在匹特菲尔德地区大概几乎没人留意下雪了。1946年11月13日的马萨诸塞州，稀薄的雪片从浓重的积雨云中落下，到达地面前就融化蒸发了。即便有谁抬眼望向天空，发现飘飞的雪花来自一片浓云，也无法猜到这不起眼的自然景观意义何在。因为谁都想不到把眼前一切与那架绕云盘旋的体育飞机联系起来。
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坐在这架单发动机飞机“漂亮小孩”上的是研究人员文森特·舍费尔(Vincent Schaefer)和飞行员柯蒂斯·塔尔博特(Curtis Talbot)。他们刚才在4000米的高空穿云而过，舍费尔向窗外撒出1.5公斤的干冰，看起来就像在播种核桃大小的灰白色的谷种。他没等多久便获得了收成：从他们刚刚穿过的狭长云带中落下了雪片。“我转回身摇着柯蒂斯的手说：‘我们成功啦!’”。舍费尔后来在实验日记中这样写道。看来人类的古老梦想变成了现实，再不用依靠迷信的咒语、祈雨的舞蹈和临危时的紧急祷告了。
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第二天，舍费尔实验的消息传遍世界。《纽约时报》(New York Times)发表了一篇名为《3英里云变成了雪》的文章。《波尔塞鹰晚报》(Bershire Evening Eagle)介绍了舍费尔的个人情况：“在格雷洛克山上降雪的人曾早年辍学。”事实上舍费尔就没有完成过学业。他广博的理化知识得益于他在通用电气公司研究实验室的长年工作，他的实验也是在这里完成的。实验室主管欧文·朗缪尔(Irving Langmuir)对于未来人为干预天气充满信心：将干冰注入云中的技术可以“使城市避开大规模降雪，使冬季运动地区获得降雪”。
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朗缪尔在“二战”期间由于偶然因素开始注意降水过程，此前他曾获得诺贝尔化学奖。当时他正与舍费尔一同研究在暴风雪可能干扰无线电联络的情况下飞机的稳定着陆问题。实验在华盛顿山上进行，这是美国东北有名的“世界极端恶劣天气”之乡。实验时他们发现了一个奇特的现象：所有器材一遇冷风马上被冰层覆盖。显然空气中充满温度极低的细小水滴，它们等待时机，碰到天线或者电缆便附着其上凝结成冰。
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二位研究者停止探索无线电，转而投身考察云的内部情况。云中的水并非在云内温度降至0℃以下时就一定冻结，这在当时已普遍为人所知。但问题在于为什么。为什么冬天时有些云能降雪，而在另一些同样低温的云中，冰冷的小水滴就是不凝成小冰晶呢?
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云中极其微小、借助显微镜才能看见的灰尘、炭粒、盐类晶体等物质被称作凝结核，小水滴是围绕凝结核而形成的。小水滴通常也都非常微小。汇成一滴可以落达地表的雨水甚至需要几百万个小水滴。如果云的温度在冰点以上，无数小水滴逐渐聚合，就生成一滴雨。但往往是在小水滴汇集达到临界大小之前，云就消散开了．所以没有下雨。
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如果云的温度低于0℃，小水滴可能会凝成微小的冰晶，接着又有小水滴不断附着并凝结在这粒小冰晶上，最终集成一片大冰晶，以雪的形式或者融化成雨降落下来。另外，小冰晶同时又会不断脱离大冰晶，又有新的小水滴凝结到这些脱离出来的小冰晶上。但在许多云中显然没有发生这种连锁反应。朗缪尔和舍费尔想要找到原因。
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朗缪尔开始了理论思索，而舍费尔则努力在实验室中研究这个现象。他在超低温冷藏箱上铺了一层黑色丝绒，安放了一盏聚光灯，箱内的小冰晶通过反射照来的光将会变得清晰可见。他朝箱内呵一口气，气体在－23℃的低温下变成了小水滴，这样舍费尔就在实验室里获得了一朵低温云。
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在100多次实验中，他先是添加火山灰，又用滑石、硫黄或其他材料。但不管他怎么做都没有小冰晶出现。直到1946年7月13日，一次偶然事件帮助了他。这天早上舍费尔发现冷藏箱的电断了。为了尽快继续进行实验，他放了一块干冰进去。干冰是固态的无毒的二氧化碳，在－78℃凝结，室温条件下造成浓雾，常用于舞台演出。
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干冰的使用令舍费尔看到了冷藏箱里下起的第一场暴雪。更多测试清楚表明，决定性因素在于干冰低温的特征：温度低于－39℃时，所有小水滴都自动凝成小冰晶。
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由低温水滴组成的云需要第一粒冰晶的出现，这样才能推动造雪的连锁反应。如果自然界中的情况像实验室里证明的一样，起初的冰晶就很容易生成了：只要把云朵局部温度降到－39℃。舍费尔确实这样做了，于是便出现他在匹特菲尔德上空撒下干冰的一幕。
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详尽了解这一过程中都发生了什么需要耗费大量的计算。为此朗缪尔聘任了物理学家伯纳德·冯内古特(Bernard Vonnegut)(他和作家库尔特·冯内古特[Kurt Vonnegut]是兄弟)。他负责计算产生多大量的冰晶需要多少干冰。冯内古特想了一个办法：既然初始的冰晶可以推动造雪的连锁反应，为什么不能用和冰晶形态相似的其他材料试试呢?他在表格里浏览上千种材料的晶体结构，挑选出3种进行冷藏柜实验。在若干次失败后，其中一种带来了成功：碘化银。它使冷柜里的微型云立刻成雪，与干冰不同的是，这时温度远高于－39℃。
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于是要在云中造出首批冰晶就有了2种可能：降温至－39℃以下，或者散发碘化银晶体。
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舍费尔还继续使用干冰进行测试飞行。有一次测试过于成功，致使通用电气的法律部门大为惊慌。1946年12月20日中午，舍费尔在纽约斯堪纳科特迪上空向云中投入了11公斤干冰。2小时后天降大雪，8小时后还没有停止。这是整个冬季最强的降雪。虽然舍费尔确定，这场大雪下了20厘米厚并不怪他，但通用电气的律师们无法相信，于是暂时禁止继续实验。
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朗缪尔最终使得美国军方对他的工作产生兴趣。1947年2月，基尔鲁斯计划开始实施，此时碘化银首次投入使用。该材料的优点是不必借助飞机播撒。人们可在一朵非常可能降水的云彩下方制造碘化银烟雾，让烟雾自己升入云朵之中。
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但不久之后该计划就遭到了公众的批评，就连参与计划的科学家们也纷纷指责朗缪尔分析数据过于乐观。1947年10月，为了降低一次飓风的破坏力，他曾投放过多的凝结基，以此束缚云的活跃度。朗缪尔团队播撒干冰之后，飓风的确转了个90°的弯。尽管飓风出现这类运动并没什么不寻常的，但朗缪尔确信是他改变了飓风的路线。不久他又宣称，他在新墨西哥索罗科进行的实验引发了1000多公里之外的密西西比的降雨，尽管没有任何证据证明两次事件存在联系。
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对于所有了解一点天气的人而言，如此宣称简直就是“幻想”，朗缪尔的批判者如是写道。反对者中还有美国国家气象局，他们自已也进行过实验并得出结论说：向云内投放物质“并无多少科学意义”。朗缪尔对此的回应比较空洞：“控制积雨云系统需要知识、技巧和经验。”
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朗缪尔直到1957年去世时仍然认为他的实验很有效用，然而大多数科学家表示质疑，实验的财政资助也遭到缩减。虽然没人怀疑向云中投注凝结核会产生冰晶。但如果说这样一来真会有更多雨水降落到地面，许多人觉得证据还不充足。朗缪尔统计性的分析有很多缺陷，直至今天处理这些数据仍是人工降雨方面的难题，因为与舍费尔冷柜实验不同，人们在大气中操作实验时无法确知假如没有投注这些凝结核，是不是就一定不会下雨。1953年基尔鲁斯计划终止后舍费尔继续研究各类气象问题。1993年他以87岁高龄逝于斯堪纳科特迪，半个世纪前他曾在那里制造过一场冬季最强降雪——也或许根本不是因为他。
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时至今日，预先设计天气的研究仍在以较小规模继续进行。“人工干预天气联合会”每年都举行会议，还有一些研究小组力争在更加充分的统计数据基础上施行实验。不过人们普遍承认了这一观点：天气现象十分复杂，不能通过简单手段进行操纵。想必不久以前俄罗斯总统弗拉基米尔·普京也认清了这一点：为了确保圣彼得堡举行300周年庆典时有个好天气，政府拨款50多万欧元，动用军方10架飞机在庆典之前处理这一带的雨云。俄方气象机构表示，飞行员的任务是“不准雨水影响涅瓦河畔的庆祝活动”。但当普京在彼得大帝雕像前欢迎贵宾并将陪同他们走向伊萨克大教堂时，突然暴雨如注。
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或许正因为有这么多的失败，提供“遏制冰雹”、“提高降水”或者“驱散浓雾”之类服务的公司才少之又少。这些业务难度很大，因为涉及干预天气，无论成功还是失败都会引发一些棘手问题：1978年啤酒酿造者科尔斯请人在他的大麦田上方处理云层以抵御冰雹，其他农民把他告上了法庭，他们怀疑科尔斯其实想用这一行为阻止收割时期的降雨。法官判他们胜诉。科尔斯只得停止他的行动。
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◆您可以小玻璃瓶和泡沫塑料做一个自己的“云雾屋”并使能够生成降雪的冰晶在其中聚集。访问美国物理学家科内特·G·里博莱希特(Kenneth G.Libbrecht)的网页www.its.caltech.edu/atomic/snowcrystals可以了解具体做法。此外还有关于成雪冰晶研究史和当前工作的信息以及精美图片。
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疯狂实验史 1946 穿堂风里的度假
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