By Katharine Gammon

从家畜到揭示宇宙的秘密。

10 736.7K 50 你知道细菌为了生存有时会改变形状吗？ Share Next Stay 气球探空似乎是一种相当低科技的方式，可以在火箭如此频繁地冲入太空的时代实现前沿的宇宙学发现。但科学家们已经努力了近250年，以完善科学气球探空的艺术。从在高空对流层采集的首批地球样本——装在玻璃瓶中——到关于宇宙形状的新线索，气球在帮助我们理解我们自己的星球和更广阔的宇宙方面发挥了令人惊讶的重要作用。以下是历史上11个最引人入胜的气球任务。

**1783年：**18世纪末的法国， Montgolfier 兄弟首次将乘客送上天空：在凡尔赛路易十六国王的宫廷中，他们将一只绵羊、一只鸭子和一只鸡装进一个圆形的柳条篮子，用绳子系在一个充氢气球上。在旁观者敬畏的掌声中，气球离开地面，翱翔天空——仅仅10分钟后就降落到附近的树林里。（动物们在飞行中幸存了下来。）

仅仅两个月后，人类乘客登上了一个连接在球形气球上的篮子，在天空中巡游了25分钟。一个科学的新时代开始了：人类飞行员开始使用气球来研究大气。

在一次坠机事故中，他和他的助手戴着由柳条鸡笼做成的头盔。

1804年： 法国化学家 Joseph Louis Gay-Lussac 将一个气球升到23000英尺的高度，以研究气体如何在不同环境下反应。他随身携带了温度计、气压计和湿度计。在高空，他用一个抽空的玻璃瓶——里面的空气被移除以产生真空——采集空气样本，发现它与地面上的空气具有相同的化学成分。

1898年： 法国气象学家 Léon Teisserenc de Bort 想要了解不同海拔高度的气温如何变化，因此他将一个由纸和丝绸制成的无人气球装载了测温设备，并将其发射到大气中。他发现随着气球上升，温度下降，但在26000英尺以上，温度保持稳定。1902年，他为大气层的这一上层命名为平流层。（我们现在知道平流层中的温度变化是相反的，实际上随着高度增加到一定高度。）

1912年： 在一年中，奥地利物理学家 Victor F. Hess 在氢气球中进行了七次不同的航行。在他的第七次航行中，他上升到波西米亚小镇 Aussig 上方15000英尺以上，在那里他惊讶地发现，根据他精心校准的验电器，大气电离并没有随着他的上升而下降。相反，那里的电离几乎是地面上的三倍。这些观察结果导致了宇宙射线的发现，为此他于1936年获得了诺贝尔奖。

这是只鸟！： 这个通信卫星-气球组合，绰号“satelloon”，于1960年首次发射。在这里，它被完全充气，附近有工人作为比例尺。这个 satelloon 如此之大，以至于从地面上可以用肉眼看到它经过120000英尺的高空。图片来源：NASA / Goddard Space Flight Center.

1931年： 瑞士物理学家 Auguste Piccard 想通过氢气球对大气中的宇宙辐射进行自己的观测。为了保护自己和他的助手，Piccard 设计了一个球形气密加压铝制座舱。在降落到巴伐利亚阿尔卑斯山的一次坠机事故中，他和他的助手戴着由柳条鸡笼做成的头盔，头上还垫着枕头。他后来将创建特殊的舱门，以提高载人飞行的安全性。他后来预测，一个封闭的舱室系统有一天会将人类带到月球。

1947年： 第二次世界大战后，塑料气球的时代，被称为“skyhooks”，开始了。美国海军资助了明尼苏达大学的一个航空研究实验室，在那里科学家们设计了由薄塑料薄膜制成的敞颈气球，称为Mylar或Stratofilm。这种新材料使得建造更大、更轻的气球成为可能，这些气球可以将更多的重量运送到更高的海拔高度，并且可以保持恒定的高度。该项目中的第一个气球于1947年9月25日成功飞行。Skyhooks代表了太空探索的开始，后来甚至成为从平流层发射火箭的平台。

1957年： 在1950年代，科学家们开始将望远镜送入气球。其中一个望远镜被命名为Stratoscope I，这是一个由遥控操作并悬挂在聚乙烯气球上的12英寸反射望远镜。Stratoscope I在1957年至1959年之间飞行了七次，目的是捕获太阳活动的高分辨率图像。随后是60年代初的Stratoscope II，它与今天 Hubble Space Telescope 的早期原型有一些相似之处。

1960年： 在太空竞赛中，NASA 启动了一个雄心勃勃的项目：一个satelloon——一半是卫星，一半是气球。经过七次尝试，气球才成功发射。Echo 1 是一个通信 satelloon：一个在太空中膨胀的大型薄膜聚酯薄膜球体，它提供了一个反射表面，来自地球上一个位置的无线电信号可以反弹到另一个位置。它于1968年脱轨，但帮助开创了基于卫星的通信信号的新时代。

Victor F. Hess 的气球观测导致了宇宙射线的发现，为此他于1936年获得了诺贝尔奖。

1962年： 一位海军天文学家和一位空军上尉爬进一个连接在300英尺高的聚酯薄膜气球上的小型钢制舱室，目的是使用特殊的稳定望远镜和其他定制仪器研究宇宙。在18个半小时的过程中，他们上升到82000英尺的高度，然后返回地球，这是被称为Operation Stargazer任务的一部分。即使这次飞行非常成功，它也将是用于科学研究的最后一次载人气球飞行。该项目被认为过于昂贵，于1963年取消。

1998年： BOOMERanG 实验——Balloon Observations Of Millimetric Extragalactic Radiation and Geophysics——在南极洲上空22英里的气球上飞行了一个望远镜。它的目标是什么？测量宇宙微波背景辐射，一种渗透宇宙的大爆炸余辉。在如此高的高度，大气对微波的吸收降至最低，使科学家能够更清楚地了解宇宙中第一颗恒星或星系之前的结构。结果表明宇宙的几何形状是扁平的——这一点后来已被其他测量证实。

2024年： 去年启动的一个氦气球任务，旨在研究系外行星周围的大气层，特别是“热木星”——围绕其恒星快速且紧密运行的气体巨星。该任务称为EXCITE，飞行高度约为132000英尺，并收集红外光，通过光谱仪运行以检测系外行星光线的任何微小变化。这类数据可以帮助科学家构建这些气体巨星大气的三维模型，从而阐明它们的温度、组成和天气动态——所有这些都来自我们自己星球的上层大气。

本文的灵感来自 Adam Mann 关于基于气球的天文学繁荣的 Nautilus 专题报道。

主图：NASA