雲的命名之父


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2018/04/17 第91期 | 訂閱/退訂 | 看歷史報份 | 科學少年 | 粉絲團


 
編輯的話 積雲、卷雲,傻傻分不清?
本期主打 誰是雲的命名之父?!
好文推薦 能吃到巧克力是奇蹟!
水精靈說科普:氧氣與燃燒
活動專區 2018年茂迪科普講座 [最後1天!]
《科學少年》ZINIO電子版出爐囉!
師生一起投稿玩科學~~
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積雲、卷雲,傻傻分不清?
郭雅欣
雲不但奇形怪狀,而且每天都不一樣,真是值得好好觀察一番。在200多年前,就有一位11歲的英國少年很仔細的觀察了雲朵,他花了許多時間把它們畫下來,最後統整分類,並且替不同種類的雲取名。至今我們使用的命名,就是從他當時的命名演變而來。而他留下的每麗畫作,也值得我們欣賞。這段精采的故事及畫作,就在這期《科學少年》〈雲的命名之父〉
 



誰是雲的命名之父?!
王嘉琪

你曾經花上一、兩個小時看著天空嗎?有沒有發現天空中可能會出現好幾種不同形狀的雲?有的長得像棉花,稱為「積雲」;有的長得像羽毛,則稱為「卷雲」。也可以發揮創意幫看到的雲取名字,像兔子的就可以叫做白兔雲……不過你知道歷史上是哪一位科學家發明了「積雲」、「卷雲」等我們現在使用的名稱嗎?就讓地球偵探化身成說書人,聽我娓娓道來。

濃密煙霧的天空

在距今大約230年前的英國,有個11歲的少年名叫霍華德,他非常喜歡觀察自然現象,尤其是雲與天氣的變化。

在他滿11歲後,父母把他送到郊區的寄宿學校就讀。雖然離家是為了讀書,但是對少年霍華德來說,郊區的環境卻更適合讓他在課餘時間,獨自一人靜靜的觀察大自然。

在他寄宿學校的某一年6月,冰島發生了劇烈的火山噴發,飄散到歐洲的火山灰,造成了那年夏天,天空總是灰濛濛的。

不只這樣,當年8月日本淺間火山也噴發了,火山灰被高空氣流吹到了歐洲,與冰島的火山灰混合,形成濃密的煙霧,讓天空的顏色變得很不尋常,少年霍華德深深感受到大自然的巨大力量與神祕感。

因此霍華德終其一生投入了對雲與天氣的研究,也出版非常多與氣象相關的書籍。

變幻的雲和天氣

火山噴發的20年後,霍華德發表了一本論文─《雲的各種變化》。雲的研究在19世紀初的科學界並不熱門,在霍華德之前,雲的分類就只簡單的分為「層狀雲」和「積狀雲」兩種,但是霍華德這本論文一出版就造成轟動,令科學界大為讚賞,為什麼會這樣呢?

仔細回想你看過的雲,除了雲的形狀不同以外,從雲互相重疊的樣子也可以判斷出雲有不同的高度,積雲通常位置比較低,卷雲則位置比較高。雲的顏色深淺也非常多變,例如同樣是積雲,有些非常明亮,有些看起來則灰灰的。

仔細觀察還可以發現,不同高度的雲移動的方向、速度也可能都不一樣。位置高的卷雲可能會有較長時間都維持原本的位置和形態,但是位置較低的積雲則可能會快速的變形及移動。除了這兩種雲,還有很多其他的雲,也是類似這樣各具特色。

雲的形狀跟天氣好壞似乎也有某種關聯,怎麼說呢?例如:如果你出門時,看到天空中是小塊、小塊的積雲,通常當時的天氣都會很晴朗,而且你也不用擔心等一下會變天,碰到下雨。

但是,如果你出門時看到天空中有一大塊的積雲,長得像高樓一樣巨大,那麼即使現在是好天氣,也最好隨身帶把傘,因為到了下午很可能會下雷陣雨囉!

再舉個例子,有句氣象俗諺是「魚鱗天,不雨也風顛」,魚鱗天描述的是出現在高空中,一大片細細小小的雲朵,稱為「卷積雲」,通常看到這種雲的時候,天氣都很好,但是幾個小時後天氣就會變壞,所以古人才會透過經驗累積,歸納出這句諺語。

也就是說,雲的形狀和種類,不但跟當時的天氣好壞有關,也跟幾小時後的天氣有些相關。……

[更多詳細內容請參閱《科學少年》2018年04月 ]

 



能吃到巧克力是奇蹟!
科學少年編輯部

要讓可可花受粉結成可可果,也太難了吧!

許多人愛吃巧克力,甚至覺得它是世界上最美妙的滋味。你或許知道,可可豆是巧克力的原料,來自可可樹結出的可可果,但你知道嗎?可可樹開花結果,其實非常難能可貴!

一般商業化的作物,都會希望能達到50~60%受粉率,才能結出夠多的果實。但全球的可可樹普遍只有15~30%的受粉率,有些地區甚至只有3~5%的可可花能成功受粉。為什麼會這麼低呢?

原來,可可花尺寸不到一公分,不只小巧可愛,構造還很特別。它的雄蕊被彎曲的花瓣罩住、位置隱密,不受風雨的侵襲,但從另一方面來看,要幫它傳粉也相當困難,而且可可花竟然還不提供花蜜!這下蜜蜂不只進不去,沒花蜜採也吸引不了牠們。那究竟誰能擔任可可花的傳粉使者呢?目前只知道有一種很小的蠓類昆蟲有辦法進入可可花內授粉,只是直到現在,研究人員還沒能弄清可可花是怎麼吸引這些小昆蟲的。

另外,可可樹是異花授粉的植物,而且必須有來自不同棵樹的花粉才能受粉成功。所以,蠓類必須能夠在不同棵的可可樹之間飛行傳粉,否則無法使可可樹結果。因此也有科學家質疑,小小的蠓有可能達到這樣的飛行距離嗎?說不定還有其他更強大的傳粉者呢。但這個問題迄今仍是個謎。

可可樹本身要結果已經不容易,採收可可果實以及製作巧克力的過程,更需要大量的人力,大約1000粒可可豆才能生產出一公斤的巧克力,實在得來不易啊!

下次當你嘗到巧克力,是否會加倍珍惜這份滋味呢?

[更多詳細內容請參閱《科學少年》2018年04月 ]


水精靈說科普:氧氣與燃燒
水精靈

氧氣除了是維持生命最重要的氣體外,還能幫助物體燃燒,許許多多的化學反應也都離不開它。儘管氧氣如此重要,人類卻一直到18世紀左右,才意識到氧氣的存在,而且在發現氧氣後,更是花了一番心力,才掌握住氧氣在燃燒現象中扮演的角色。這個過程充滿曲折,並且發人省思。

空氣不是單一氣體

幾個世紀以來,科學家(當時稱為自然哲學家)大多受到希臘哲學家亞里斯多德的理論影響,認為「空氣」是一種單一成分的物質。這種無色無味、看不見又摸不著的東西,一點也引不起他們的興趣。後來到了17世紀中葉,英國科學家波以耳將燃燒的蠟燭放入一個球形裝置裡,接著把裝置內抽成真空,發現蠟燭熄滅了,證明空氣是燃燒的必備條件之一。

1754年,英國科學家布拉克加熱石灰石,第一次製造出了「固定空氣」(也就是二氧化碳),這是科學家們第一次知道,原來「空氣」還分很多種!科學家於是紛紛開始研究空氣,很快就陸續發現了氫、氮等氣體。

那有人發現氧氣嗎?有的。只可惜當時化學界有一種主流的理論─燃素說,誤導了發現者對氧氣的認知,也混淆了他們對燃燒現象的理解。

燃素說

先前提過,人類已經發現必須有空氣才能燃燒,也觀察到有些物質可以燃燒,像是木頭或是煤炭,然而有些物質卻沒辦法燃燒,例如石頭。

為了解釋這些現象,德國化學家史塔爾等人提出「燃素說」,指出可燃的物質是因為裡面含有「燃素」。當物質被燃燒時,燃素就被釋放,變成了光和熱,這就是火,而剩下來的就是不再含有燃素的灰,這些灰的重量比原本的物質來得輕,而且不可燃。

以目前的眼光來看,這種解釋錯誤百出。燃燒是物質和氧結合,生成的二氧化碳和水蒸氣跑走了,重量因此減少,並不是因為釋放燃素。而且有人發現,有些金屬燃燒後留下的灰重量反而增加了,「燃素說」根本不能解釋。儘管如此,當時大多數科學家卻願意接受「燃素說」,只因為它可以解釋很多現象,叫人無法輕易放棄。

就這樣,「燃素說」在化學界流行了100多年,即使沒有人成功分離或是製造出燃素,也沒有人見過、偵測過它的存在,甚至連一開始提出「燃素說」的史塔爾,也說不清楚燃素到底是什麼。

當18世紀兩位科學家先後發現氧氣時,也不約而同的被燃素說誤導到了錯誤的方向。……

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