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追風又追電,富蘭克林的冒險──《天氣之書》

編按:《天氣之書》以編年形式講述一百個具有里程碑意義的時刻,標註了氣候與人類生活共同演化的歷史。一篇一個歷史時刻,皆以一張主題圖片搭配六百到八百字的短文呈現。本文摘錄兩篇:一七五二年〈班傑明.富蘭克林的避雷針〉與一七五五年〈追風的富蘭克林〉。

茲茲茲,就算觸電還是要做實驗!

班傑明.富蘭克林(Benjamin Franklin,1706-1790)最為人所知的身分是美國的開國元勛之一,但他也是一位作家、畫家、發明家、郵政專家、外交官、公民運動家,而且特別著迷於與電相關的早期科學研究。富蘭克林從一七四七年開始實驗,意外讓自己嚴重觸電──「宇宙的一擊從頭到腳貫穿我的全身」──他在一封信中如此描述此事件。

富蘭克林也學習氣象學,所以他深信閃電和靜電相似,並開始探索不同的方式,以保護建築結構免受這種強大的氣象威脅。一七四九年,富蘭克林開始發展理論,認為一根末端尖尖的棒子若與地面連接,就能保護建築免受雷擊。

一七五二年六月,他對費城一座教堂的尖塔尚未完工感到不耐──本來希望用這座尖塔來測試他的避雷針概念。於此同時,他進行了那一場傳奇的風箏實驗:在雷雨天放風箏,線上綁著一把鐵製的鑰匙。富蘭克林活著結束這個實驗是很幸運的,因為後來有人嘗試重現該實驗,結果遭雷擊身亡。而當富蘭克林的研究傳到歐洲時,那裡也進行了數個實驗,想確認他的想法。

富蘭克林從天空取電(c.1816)。畫家為英裔美籍的班傑明.魏斯特(Benjamin West,1738-1820),描繪富蘭克林出名的風箏實驗。 圖/《天氣之書》

有裝有保庇,避雷針橫空出世啦

風箏實驗和避雷針的設計都顯示了一項科學原理:電會試著找到抵抗最小的路徑以抵達地面。利用這些見解為本,富蘭克林在一七五三年度的《窮李查年鑑》(Poor Richard’s Almanack)中發表了一篇文章,描述保護房子免受雷擊的方法。他的系統由三個關鍵元素組成:一根立在屋頂尖端的金屬棒,水平的屋頂導體,以及垂直的導體,將電荷引導到接地。

圖/pixabay

富蘭克林在自家立了一根避雷針,並增加創新的細節──接地線有電時,鈴鐺就會響,通知大家這間房子上方的大氣是通電的。富蘭克林的避雷針最後被裝在多個重要建築上,包括之後成為美國獨立紀念館(Independence Hall)的賓夕維尼亞州州政府。

不只追電還要追風,富蘭克林衝一波

除了研究閃電與電,富蘭克林也一直對龍捲風等其他旋風抱持濃厚的興趣。證據來自於一系列相關信件與其他文章,特別是一七五三年一篇關於水龍捲的詳細論文,內容還附有詳細的圖片,闡述了他對於水龍捲構造及能量的理論。

富蘭克林論文〈水龍捲與旋風〉所附的水龍捲示意圖,收錄於1806年出版之《已故的班傑明.富蘭克林博士哲學、政治學、道德研究全集》(The Complete Works in Philosophy, Politics, and Morals, of the Late Dr. Benjamin Franklin)。(點圖放大)圖/《天氣之書》

富蘭克林顯然渴望近距離觀察它們。一七五五年,他帶著兒子威廉住在班傑明.塔斯克上校(Colonel Benjamin Tasker)的馬里蘭州宅邸。在鄉間騎馬時,兩人碰上了一陣剛形成的塵捲風。富蘭克林後來寫信給經常與他討論電學的彼得.寇林森(Peter Collinson),回憶接下來發生的事;以下摘錄自他的信:

它以圓錐形出現,在端點上旋轉,沿著山坡朝我們移動過來,一邊前進一邊變大。當它經過我們時,靠近地面的較小部分差不多是一個普通桶子的大小,但是往上愈變愈大,在十二.二或十五.二公尺高的地方,直徑變得有六.一或九.一公尺那麼寬。同行的其他人都站在那兒看,但我的好奇心愈來愈強烈,於是我跟著它,騎馬接近它的側面,觀察到它一邊前進,一邊帶起那體積較小端下方的所有灰塵。因為一般認為開槍射擊水龍捲會破壞水龍捲,所以我揮舞馬鞭數次,試圖破壞這個小旋風,但徒勞無功。

這段追逐結束於這股旋風橫掃過一座菸草田後消散無蹤,只留下滿天被捲起的樹葉。富蘭克林以下列妙語為他的追風之旅做結:「當我問塔斯克上校,這種旋風在馬里蘭州是否很常見時,他愉快地回答:『不,一點也不常見,但我們為了招待富蘭克林先生,故意使其發生。』真是高規格的待遇啊⋯⋯」

 

《天氣之書》延伸閱讀

  • 1806年〈蒲福為風力分級〉p.67
  • 1989年〈電子「精靈」的證據〉p.173
  • 2016年〈極端的閃電〉p.195

編按:關於富蘭克林的風箏實驗,後人描述的故事版本紛紜,其實富蘭克林本人曾撰寫文章描述該實驗,於1752年10月19日刊登在賓夕維尼亞公報(Pennsylvania Gazette)。

 

 

本文摘自《天氣之書:100個氣象的科學趣聞與關鍵歷史》,時報出版,2018  年 10 月出版。

 

 

 

 

 

 

 

 

 


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