不要再玩“轻”气球？科学家为何如此号召？

作者：郝韵

审核：北京科技大学化学分析中心 吴永明 高级工程师

“轻”气球是很多孩子喜欢的玩具。公园里，总能看见爸爸妈妈们小心翼翼地把“轻”气球的绳子系在孩子的手腕上。赶上逢年过节，人们还喜欢放飞气球，看起来特别有节日气氛。

“轻”气球为什么能飞起来呢？原因当然是它所受到的空气浮力比所受到的重力大。中学物理知识告诉我们：空气浮力（F浮）等于空气平均密度（ρ空气）×比例系数g×物体体积（V）。而如果我们在气球中灌满某种气体，那么这团气体所受的重力G会等于该气体的平均密度（ρ气体）×气体体积（V）×比例系数g。

观察这两个式子：

F浮=ρ空气×g×V

G =ρ气体×V×g

显然，只要这团气体的密度比空气的密度小（ρ气体＜ρ空气），那么它所受到的空气浮力就会比它的重力大。如果浮力大到，气体的重力加上气球本身的重力都无法与之抗衡了，也就是空气浮力大于整个气球的重力了，气球自然就会升起来。

所以，让气球飞起来的秘诀，就是给它灌满比空气密度小的气体。氢气的密度就很小，过去有一段时间人们就用它来填充气球；但氢气是个“暴脾气”，一言不合就会燃烧甚至爆炸。给孩子玩的气球，用氢气显然不合适，我们需要更稳定、更安全的“轻”气体。

氦气就很合适。它是除了氢气以外密度最小的气体，密度远小于空气，而且还是一种“没脾气”的惰性气体，很安全。

惰性气体是一些无色、无味且很难发生化学反应的单原子气体，除了氦气以外还有氖气、氩气、氪气、氙气、氡气等。由于它们很难跟其他物质发生化学反应，它们自然就很难燃烧起来——毕竟燃烧也是化学反应。不过，惰性气体中只有氦气的密度明显比空气密度小，所以就只有它适合充气球。

今天，我们看到的会飞的“轻”气球里填充的大都是氦气。但除了充气球，氦气还有很多重要的用途，比如说，氦在极低温下会液化，而液氦的用处非常多，医院里的很多高级检查设备，都要靠液氦才能正常工作。再比如说，深海作业使用的潜水气瓶里也必须用少量氦气用取代氮气，以免潜水员发生“氮醉”而出现危险。氦气还是光纤制造过程中最常用的冷却气体。如果缺少氦气，我们生活显然会出大问题。

氦气球是如此的常见和便宜，以至于咱们平时几乎不太会去思考，这些氦气是从哪来的，会不会有用完的一天。但危机就在眼前了。

举个例子吧，近年在日本东京的迪士尼乐园，人们经常找不到飘在空中的气球——想想看，一座迪士尼乐园，竟然常常遭遇气球缺货。出现这种情况，正是因为日本的氦气不够用，连正常的科研或者工业用途都难以满足，更别说给大家充气球玩儿了。而且不单单是日本，从整个世界的范围来看，氦气都不太够了。

氦是全宇宙当中最多的元素之一，但在地球上，氦气并不是什么取之不尽、用之不竭的东西。事实上，我们想要得到氦气是非常不容易的。

首先，氦气是由一个一个的氦原子组成的，换句话说，它是一种纯的化学元素，所以不存在廉价人工合成的办法，必须从自然界提取。

第二，由于氦气太轻了，地球的引力拉不住它，所以大气层里的氦气都跑到外太空去了。咱们无法从大气层里提取氦气，就只能从地下开采氦气。

藏在地下的氦气，都是混在天然气矿里的，所以咱们很难直接去寻找氦气矿藏，只能先找天然气，再看看天然气里有没有足够的氦。这效率肯定不会高。

而且，氦气资源在全世界的分布并不均匀，其中美国的氦气矿藏占全球的50%以上，再加上阿尔及利亚、俄罗斯两国，这三个国家的资源占有率就达全球的90%以上。所以，全世界本来也只有少数国家能生产氦气，这两年因为种种原因，很多工厂又都停工了，就导致现在全世界都面临着氦气短缺问题。

美国作为氦气生产大国，他们的国家气象局（National Weather Service）在今年6月都不得不减少发射预报天气的探空气球。他们的发言人说：“我们减少在晴朗天气的发射次数，以节省供应，好在需要预报恶劣天气的情况下发射，提供支援。”

对此，有科学家就呼吁说，游乐园的氦气还是不要再用了吧。毕竟，地球上的氦气是有限的，用一点就少一点。比起玩具“轻”气球，还是探空气球、医疗设备、光纤和电子管、潜水气瓶和潜水艇等等更需要氦气呀。