每到节假日庆祝的时候,街上总会有人放飞气球,花花绿绿的气球飘在空中甚是好看。但如果问气球里面装的是什么气体,恐怕答案并不会统一。

氦气球一般能保持多久 当年140万个氦气球带来的灾难(1)

有人会说是氢气因为文学作品里都喜欢把能飘上天的气球称为氢气球。有人会说,氢气不安全,发生过好几次事故,所以里面充的氦气。也有人会说,氦气多贵啊,气球一个才几块钱,当老板做慈善吗?没良心的老板充的天然气,有点良心的充氢气

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以上说法其实都对,这些气体都曾经在气球里出现过,不过现在普遍使用的依然是氢气

氢气的悲剧

氢原子是所有原子里最轻的,同时它也是元素之王,位于整个元素周期表的第一个。说它是元素之王,那是因为根据宇宙大爆炸学说,整个宇宙中诞生的第一个原子就是氢原子,之后的所有原子都是在氢原子的各种核聚变中形成的。理论上说,没有氢就没有整个元素周期表,因此元素之王称号对其而言当之无愧。

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氢气1766年被科学家卡文迪许发现并制备,是人类比较早使用的气体之一。在飞机还没有诞生的时候,人们的飞行主要靠热气球。热气球利用的是空气分子在不同的温度下密度不同的原理,热空气密度小,冷空气密度大,因此对着气球内部充热气,让气球飘起来。后来人们发现,充入氢气比热气更好,于是氢气球出现了

氦气球一般能保持多久 当年140万个氦气球带来的灾难(4)

人们在氢气球的基础上设计出了飞艇。飞艇的原理和气球还是差不多的,主要是利用比空气密度低的氢气,让气球悬浮在空气中。根据阿基米德公式气球体积越大它的浮力就越大,可以拉起来的物体就越重。人们不断地加大氢气球的体积,最后都得到了大规模载人的飞艇,实现了最早的空中运输

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可随着氢气的使用范围变大,它的缺点也开始暴露。首先就是氢气可以燃烧,这个就非常危险,因为氢气球执行的都是飞行任务,一旦出问题救都救不回来。比如许多氢气球被雷劈中,当场就烧没了。如果只是燃烧就罢了,氢气中一旦混进来了氧气,浓度在4%到75.6%之间,氢气不仅会燃烧还会爆炸。氢气飞艇诞生后,发生了多次事故。

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人们意识到了氢气的不安全,急于寻找一种新的气体代替氢气,氦气在这个时候走进了人们的视野。

氦气的崛起

氦元素是元素周期表里的2号元素,虽然与氢在序号上是挨着的,但是因为性质的不同,二者隔得挺远的,正如它们的发现历史,相差了100年的时间。

氦气球一般能保持多久 当年140万个氦气球带来的灾难(7)

当时的氢气飞艇频繁发生事故,人们意识到是氢气的性质导致的,于是希望找到代替它的气体,这个气体必须拥有以下特点:

首先要比空气轻,根据化学家推断,空气的平均相对分子质量大约29,因此这个气体的相对分子质量得在29以下

其次,性质要十分稳定,不易燃烧更不会与空气中的气体发生反应。最后就是要容易制备,才不会使飞艇的飞行成本高。

氦气球一般能保持多久 当年140万个氦气球带来的灾难(8)

人们找了半天,最后终于找到了在19世纪末期才被发现的氦气。氦气满足前两个要求,唯独不满足第三个。氦气的制作成本在所有气体里不算便宜的,原因在于地球上的氦气很难提取,而且也不好发现。可是当时没有比氦气更好的选择了,总不能使用天然气吧?这货比氢气还危险。所以,就算氦气贵,人们还是咬咬牙将它充进了飞艇里

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氮气从此开启了自己的高价之路,一跃成为重要的战略气体。很快它的运用就不再局限于飞艇,而是扩展到了工业的方方面面。人们发现它实在是太稳定了,稳定到可以与空气中的氧气形成势不两立的局面。焊接过程中,焊条在熔融状态下与氧气发生反应,影响焊缝质量,这个时候往焊缝四周释放氦气,它既不会与焊缝发生反应,又隔绝了空气

因为氦被用到了工业上,很快氦气的液态成为了攻克方向,将人类的科技推到了冷冻的新高度。一时间,氦气在气体中的地位仅次于氧气,成为了新的宠儿。但好景不长,氦气的屁股刚坐热,一个变化就将其从巅峰直接拉到了谷底。

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气球事件

1903年莱特兄弟发明出了飞机并且很快就取代了飞艇成为了新的空中运输工具。飞机不管是速度灵活度还是效率都远高于飞艇,而它的成本却比飞艇便宜,这种降维打击直接让飞艇从人类的历史中退出舞台。尤其是二战期间,飞机的技术得到了飞速发展,二战后,军用民用两开花。飞艇只能成为节日的表演者,用来拉横幅、打广告,一代飞行器沦为了小丑。

氦气球一般能保持多久 当年140万个氦气球带来的灾难(11)

和飞艇一起跌落神坛的还有氦气,美国当初为了飞艇储备了许多氦气,现在有了飞机,这些氦气即使跌价了都卖不出去。无奈,美国克利夫兰的一个慈善组织决定在1986年9月27日放飞气球,为疾病儿童筹款,顺带处理掉这批囤积了几十年的氦气。活动当天一共放飞了140万个氦气球,一举打破当年迪士尼在自己30周年庆上放飞的气球个数,成为全世界一次放飞气球最多的活动。

氦气球一般能保持多久 当年140万个氦气球带来的灾难(12)

这140万个氦气球顿时遮天蔽日,将整个克利夫兰的天空染成了五颜六色,大家都沉浸在这个喜悦之中,丝毫没有料到之后的灾难。这些气球造成了严重的天空拥堵,让当天的航班受到了严重影响,不少航班选择绕道或者返航。并且活动当天的天气不好,放飞没多久就刮风下雨,让一部分气球落了下来,飘得地上到处都是,造成了克利夫兰局部交通瘫痪

氦气球一般能保持多久 当年140万个氦气球带来的灾难(13)

这还没完,这些气球很快飘到了海上,原本救援队在当天出动寻找两位失踪的渔民,结果遇到这漫天的气球海,直升机什么都看不见,救援工作无法展开。一些气球在飘扬的过程中破裂,巨大的声音惊动了野生动物和家禽家畜,造成动物的慌张乱窜,让一些人因此受伤。一时间美国的东北部鸡飞狗跳,人们怨声载道,最后这场庆典造成了巨大的损失,主办方赔得倾家荡产。当然,他们创造的这个记录没被撤销,现在都还在。可能是前车之鉴吧,再也没有人敢组织这种大型放气球活动了。

氦气球一般能保持多久 当年140万个氦气球带来的灾难(14)

奇怪的是,美国在这次事故后宣布禁止放飞氦气球。大家都觉得奇怪,这场活动的确造成了严重的后果,可再怎么说也是一场意外,下次放的时候注意一点就行了,没必要一刀切掉吧。

其实美国彻底禁止放飞氦气球的原因,并不单纯地是因为氦气球的危险性,真正的主要原因,使氢气听了流泪,氦气听了笑出声。氦气,又要重新回归巅峰了!

氦气球一般能保持多久 当年140万个氦气球带来的灾难(15)

重回世界之巅

根据氦的形成原理,它是全宇宙含量第二多的元素,然而在地球上,氦的含量不仅少,而且还属于不可再生资源。气球事故将氦气再次拉回大家视野,氦气的价格开始上涨,美国为了控制氦气,于是不允许氦气被广泛用在气球里,不然太浪费。

氦气球一般能保持多久 当年140万个氦气球带来的灾难(16)

自然界中的氦都是以同位素的形势存在,因此是很好的核反应物质,核技术不仅在军事上属于顶尖,在民用上也是。二战后,核发电站开始建立,急需要大量的氦,作为反应的物质或者保护的气体。此外,氦气在治疗哮喘方面效果极佳,而美国又是一个哮喘高发的国家,这类医疗气体必须严格控制起来。

氦气球一般能保持多久 当年140万个氦气球带来的灾难(17)

热力学上有一个绝对零度——0开尔文,即-273摄氏度,在这个温度下分子没有动能,内能最小。可是现实生活中这个温度没办法达到,只能无限接近。液体氦的温度为-268.93摄氏度,非常接近于绝对零度。因此液氦是一种非常理想的超导材料,具有极高的研究空间。

氦气球一般能保持多久 当年140万个氦气球带来的灾难(18)

虽然飞艇已经被历史淘汰,但是氦在其他地方做到了极致,很快它成为了各国控制的一种资源物质,身价百倍。就算这个时候美国不颁布什么氦气球禁令,也没人愿意拿氦气去充气球,因为实在是太贵了!

遍布宇宙

如果一个物质在战略上取得了重要地位,那么有再多人们也无法满足,更何况氦是真的不多。只要是地球上稀缺的物质,人类就会去太空中寻找。

氦气球一般能保持多久 当年140万个氦气球带来的灾难(19)

按照元素周期表,氦是全宇宙第二个诞生的元素,它是由氢发生核聚变得到的,常见于恒星的表面与内部,红巨星和红超巨星时期是恒星含氦量最多的时期。氦经过核聚变反应可以生成碳、铁等大质量元素。此外,地球的大气层最外圈也有一层氦气,可以考虑将其收集回收。

氦气球一般能保持多久 当年140万个氦气球带来的灾难(20)

地球大气最外层的氦气,来自于当初的飞艇和当年人们的不规范生产。氦气是一种惰性气体,质量又比空气小很多,在进入大气后,它便朝最高层进发,过程中不与任何分子和原子发生反应,最后突破大气层带来最外围。由于地球存在磁场,一部分氦气会停留在大气层外层,另外一部分氦气逃逸到宇宙中去。

氦气球一般能保持多久 当年140万个氦气球带来的灾难(21)

氦还存在于早期的星云,这是因为星云来自于恒星的超新星爆炸,爆炸中恒星原来的物质会被它自己甩走,只留下一颗内核。这些甩走的物质里,有天体初生所需的氢和氦,我们地球上的氦就是太阳系形成初期的物质。理论上,只要是太阳系的星体,都会存在氦。

果不其然,就在离我们最近的月球,人们发现了氦。

月球上的氦

月球上的氦主要是氦-3,这是一种氦的同位素。人类在上个世纪的登月中,采集到了大量的月球岩石,经过分析,里面含有大量的氦-3。根据估算,月球上的氦-3含量大约100万吨,而仅仅100吨的氦-3就够全世界一年使用。

氦气球一般能保持多久 当年140万个氦气球带来的灾难(22)

虽然已经确定月球的氦-3含量,可是如何开采是一个问题。首先就是每次登月的载重量有限。以美国为例,它们的阿波罗计划将12名宇航员送上了月球,但这么多次计划只带回了380公斤的岩石样本。这里面的氦-3含量很少。人们可以朝月球发射采集器,然后从月球返回地球。可是能携带的岩石重量非常少,开采一次的成本高得吓人,带回来的那点氦-3产生的价值还不及花出去的成本。

氦气球一般能保持多久 当年140万个氦气球带来的灾难(23)

尽管氦-3是一种很清洁的能源,月球也不缺,我们也可以前往月球开采,所有的一切都具备,挡在人们面前的是费用。也许等去往太空变为平常事情后,开采月球氦-3才会跟今天挖煤一样普通。

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