科普：風的噴泉和盤旋的雄鷹

飛機是二十世紀最偉大的發明之一，是人類歷史上的一個重要裡程碑。奇蹟發生在1903年12月17日清晨，威爾伯在30千米每小時的風速下駕駛著萊特兄弟製造的一個帶著巨大雙翼的怪傢伙，用59秒飛了260米。然而，天空中真正的主人是鳥類，尤其是雄鷹等大型鳥類，它們只要展開翅膀，就能在空中久久盤旋，這背後的原理是偉大的氣體定律。

鳥類飛行當然可以依靠扑打翅膀來完成，不過這要消耗它們體內的能量，不利於長時間和遠距離的飛行。尤其是大型鳥類，要想靠扑打翅膀來實現長時間的滯空消耗就更大，所以很多鳥類都進化出來一種能力，它們可以利用大自然提供的上升氣流來輔助完成這個任務。

這些上升的氣流一般是很細的柱狀體，就像一道道從地下衝出的噴泉，其實相對於飛翔中的鳥來說，這些柱狀體並不細，鳥類只要找到這些上升氣柱就可以做到只需要張開翅膀就能在裡面盤旋，而不需要拍打翅膀，從而節省體力，只是一直待在裡面需要很多的技巧。

有很多特殊的地形可以為鳥類提供這樣的條件。比如在一大片的草原中有一塊裸露的沙地。當陽光穿過大氣溫和地照射在大地上的時候，沙石的升溫要比周圍的草地高很多。在炎熱的夏季，沙石的溫度甚至可以高達60到70度。而周圍的草地，通過葉片中不斷蒸騰出水蒸氣，保持著一個相對比較低的溫度。

炎熱的沙石不斷向著地表釋放出紅外線（電磁波），空氣的二氧化碳分子的長度與紅外線的波長差不多，這些紅外線的能量就會被二氧化碳分子吸收變成二氧化碳分子的動能。這些快速移動的二氧化碳分子不斷去碰撞周圍空氣中的分子，於是陽光中的能量就這樣被傳遞到沙石地面上方的空氣中，形成一個熱的空氣團。

草地上的陽光被植物用於光合作用之外，多餘的被蒸騰作用通過氣孔由水分子帶走。儘管水分子的運動速度也很快，但是它們的質量較輕，在與空氣分子的碰撞過程中傳遞自己的動能，所以草地表面的空氣溫度保持在相對較低的狀態，分子運動速度比較慢。

這些草地表面溫度較低（運動速度較慢）的空氣就像一個桶形的容器，包裹著塊沙石表面熱空氣。沙石表面的熱空氣在四周壓力的作用下只能向上釋放內部的壓力，於是一個向上運動的氣柱就這樣形成了。

上升氣流形成之後，沙石表面的氣壓會降低，周圍草地上相對溫度較低的空氣就會湧入到沙石地表，然後重複著前面的過程，這樣就能維持著一個上升氣流不間斷的形成。

也有其他的地形可以形成上升的氣流，比如山脊的迎風面。地面上橫向移動的風，遇到山峰的阻擋，就會沿著山坡向上運動，高處的空氣在下方空氣的推動作用下形成向上的氣流。這樣的氣流就像一堵上升的牆，如果我們有辦法把空氣分子染上肉眼能看到的顏色，那麼這種上升的氣流看上去就像是倒掛的瀑布。鳥類也可以利用這種上升氣流在空中滑行。

科學家一直在向鳥類學習飛行的方法，我們從飛機外形、飛控系統中都能看到模仿的痕跡。無動力滑翔機就是模仿鳥類利用上升氣流實現在空中長時間滯留的典範。

上升氣流就是向上噴湧的空氣，只能感受到，卻看不見，不過我們可以展開想像力，它們就像向上噴湧的噴泉或者是倒掛的瀑布，這就是本文想給大家講述的內容。

文/郭哥聊科學，圖片來自網絡，侵刪。