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热气球是怎么飞上天空的呢？这是因为空气动起来了。要解释空气运动的原因和过程，得先介绍一个物理学概念“气压”。
地球表面覆盖着厚厚的大气层，人类全被包裹在其中。大气层也受到地球引力的作用而产生重力。这就相当于每个人都顶着一定重量的空气柱在生活。那么为何我们感觉不到空气柱的重量呢？这是因为我们已经习惯了空气柱的存在，就像水中的鱼儿感觉不到水的压力一样。科学家将单位面积上空气柱的重量，叫作 气压 ，单位是帕斯卡，简称帕。国际上规定，将温度为0℃，纬度45°海平面上的气压定为一个标准大气压，数值约101千帕。
海拔高度 是一个地方高出海平面的垂直距离。海拔越高的地方，其上部空气柱的重量越低，气压值也越低。比如青藏高原，气压只有60千帕左右，因为气压过低，水不到100℃就沸腾了，需要用高压锅来煮东西。在低海拔地区生活惯了的人到了青藏高原会出现高原反应，头晕目眩、恶心呕吐，也是因为不适应那里的低气压。
海拔高度相同的地方也会有高气压和低气压的差异，这是因为不同的地方接受的太阳辐射量不一样，地面温度不同，最明显的比如赤道地区和两极地区。受热多的地方，近地面的空气也受热膨胀，密度变小，空气受到浮力作用而上升，近地面形成低压区；上升的空气在高空聚集，形成同一海拔高度上相对的高压区。受热少的地方，近地面气流则以冷却下沉为主，形成高压区；因为空气下沉到近地面，上空的气流密度变小，形成同一海拔高度上相对的低压区。
热气球的飞行就是这个原理，依靠加热球囊中的空气使它密度变小，在周围冷空气的浮力作用下升入天空。当停止加热时，球囊里的空气逐渐冷却，热气球才能重新回到地面。
水平方向上，空气总是从气压高的地区流向气压低的地区，也就是从气温低的地区流向气温高的地区，空气的水平流动就是我们熟悉的风。高空的风也是从高压区吹向低压区，但是风向与近地面相反。高空风，加上近地面的风，以及空气受热上升、遇冷下沉的垂直运动，共同组成了完整的空气运动循环，叫作 热力环流 ，它是大气运动最简单的形式。我们可以用热力环流原理来解释生活中的许多自然现象。
冬天，装有暖气的教室很温暖，如果有同学打开教室的门，坐在门口第一排的人一定会先感觉有冷风从下面吹着自己的腿和脚。这是因为教室里气温高，空气密度小，气压低；而外面气温低，空气密度大，气压高，冷空气便紧贴地面吹进教室里。
把空间尺度放大到城市范围，一座城市就像一个地区内的“热岛”，因为城市人口密集，人们的生产生活产生大量的热，致使城市比周围郊区气温高，形成区域内的低压中心，风便常年从四面八方的郊区吹向市区，形成 城市风 。如果要建设可能产生大气污染的工业，并不是随便在郊区找块儿地就行了，而是要布局在城市风可以影响到的范围之外，并在工厂与郊区之间种植树木，建设绿化隔离带，因为“城市风”会把郊区的污染物带回市区。
山区白天与夜晚的风向会发生变化，白天山顶受到太阳的强烈照射，迅速升温，形成低压区，而山谷因山峰和树木的阻挡，升温较慢，形成较冷的高压区，风从山谷吹向山顶，叫谷风；夜晚，山顶迅速冷却降温，形成高气压区，而山谷因地势低，加上人类活动和水体的影响，降温慢，比较温暖，盛行上升气流，近地面形成低压区，凉凉的风便从山顶吹向山谷，成为山风。 山谷风 是山区特有的热力环流现象。“何当共剪西窗烛，却话巴山夜雨时”，巴山之所以多夜雨，就是因为山区地形条件下这种独特的热力环流形式造成的，夜晚山谷温暖，气流上升，越往上气温越低，空气中的水汽便凝结成云雨降落下来。
在沿海地区，白天和夜晚的风向会有所不同。这是因为，水体的比热容（吸热或散热的能力）比陆地大，吸收同样的太阳辐射热量，水体升高的温度较少，所以，白天陆地比海洋升温快，陆地上气流上升，在近地面形成低压区，同一海拔高度的海洋上则形成高压区，风从海洋吹向陆地，叫作海风；夜晚陆地比海洋降温快，陆地上形成高压区，海洋上形成低压区，风从陆地吹向海洋，叫作陆风。 海陆风 也是常见的热力环流现象。
影响中国大部分地区的 季风 现象，是一种更大时空尺度的热力环流。夏季，大陆比海洋温度高，形成低气压中心，风从海洋吹向陆地，带来丰沛的降水；冬季大陆比海洋气温低，形成高压中心，强劲的风从大陆吹向海洋。中国位于面积最大的亚欧大陆上，面向面积最大的太平洋，受海洋和陆地的季节性温度变化影响很大，形成了世界上最典型的季风气候。
世界上很多不同尺度的事物，却拥有惊人相似的运转原理。这些规律性的知识是人们认识世界的强有力工具。明白了热力环流原理，就可以解释热气球的运行，孔明灯的放飞，暖气片为什么装在地面，制冷的空调为何装在高处，甚至气候成因等一系列现象。
流浪地球小科普（八）比邻星
在**《流浪地球》中，为了推动地球离开太阳系，全世界人类能力合作，在地球上建造了12000台高达11000米的行星发动机，这些高耸入云的发动机单个能够产生150万亿吨的推力，是“流浪地球计划”中地球能够在宇宙中流浪的重要保障。
然而这些发动机的燃料很奇怪，并不是什么高科技的能源材料，而是地球上随处可见的石头，用男主角刘启的话说：“说白了就是烧石头。”
但是，这里的“烧石头”并不是将石头烧成石灰石的化学过程，而是组成石头的元素的原子核发生聚变反应，以此来释放巨大的能量。
我们知道，氢弹之所以比原子弹的威力还要巨大，主要是因为氢弹依据的是核聚变原理。
根据爱因斯坦的质能方程：
质量的亏损，会产生巨大的能量，且比例系数为光速的平方。
我们以氢聚变为氦的过程为例，说明核聚变过程中能量产生的原理。
带有1个中子和1个电子的氘原子（氢的一种同位素），与带有2个中子和1个电子的氚原子（氢的一种同位素），?在一定条件作用下，形成一个带有2个中子和2个电子的氦原子，这样就损失掉了一个中子的质量。
我们又知道，在原子中中子的质量占绝大部分，尽管单个中子本身的质量可能很小，但是乘上光速的平方这个系数之后，数值同样会变得很大，释放出的能量就可以用惊人来形容了。
实际上，目前在太阳表面就无时无刻不在进行着氢元素的聚变反应，也正因为如此，太阳才能够持续地为地球提供光和热。
**中的“烧石头”，其实上是利用石头中含有的大量硅元素发生聚变反应而获取大量能量。
硅聚变属于重核聚变的范畴，原理与氢聚变相似，但人类目前的科技水平还远远未能掌握这项技术。整个宇宙中或许也只有某些质量超大的超新星爆发、中子星合并时才会发生重核聚变。
一般来说，在宇宙中自然发生的元素聚变依循着这样一个层级：
氢聚变成氦，需要至少200万度的温度，恒星最小质量至少为0.1个太阳质量；
氦聚变成碳，需要至少2000万度的温度，恒星最小质量至少为1个太阳质量；
碳聚变成氖，需要至少8000万度的温度，恒星最小质量至少为1.4个太阳质量；
氖聚变成氧，需要至少1.5亿度的温度，恒星最小质量至少为5个太阳质量；
氧聚变成镁，需要至少2亿度的温度，恒星最小质量至少为10个太阳质量；
硅聚变成铁，需要至少3亿度的温度，恒星最小质量至少为20个太阳质量。
基本上人们认为硅聚变就是利用聚变反应获取能量的最后阶段，因为铁元素的聚变反应所需要吸引的能量比释放的能量还要多，整个宇宙中或许也只有某些质量超大的超新星爆发、中子星合并时才会发生重核聚变，产生铁元素之后的重核元素。
当铁元素产生的那一刻，恒星因为核聚变向外产生的辐射压就消失了，于是恒星所有的物质都开始砸向铁元素形成的地方，这一瞬间的改变非常的剧烈，导致恒星瞬间释放出超过一生核聚变的能量，就在这一瞬间，大量的铁元素在高温高压下通过核聚变合成，然而剩余的能量仍然非常巨大，于是接着合成了铁以上的种种元素，质量特别巨大的恒星甚至能达到合成金和铅甚至更高元素的阶段。
还有一些重元素是通过中子星合并形成的，中子星本身都是质量巨大的星球，他们合并的一瞬间会产生比，恒星超新星爆发更惊人的高温高压，有些质量较大的中子星的合并甚至能生成黑洞，所以在中子星形成的一瞬间，也会有一些新的元素被制造出来。
宇宙间的各种物资就是被这样制造出来的，元素周期表上的元素也绝大部分是通过这种手段出现的。
人类已经可以实现的核聚变只有氢弹的爆炸，但聚变过程依然是不受控制的。核聚变燃料可来源于海水和一些轻核，目前科学家们正在努力研究可控核聚变反应，以求使之成为未来取之不尽的能量来源。
另外提一句，氢弹并不单纯发生聚变反应，因为核聚变需要在极高的能量条件，因此目前的氢弹都是在原子弹内放入氘和氚，利用原子弹爆炸时产生的超高温，使氘和氚发生聚变反应，从而在极短的时间内释放出巨大能量。由此可见，氢弹是核裂变与核聚变技术混合的产物。
这次的分享就到这里，下一次我们来聊聊引力弹弓。
往期文章：
流浪地球小科普（一）流浪的行星
流浪地球小科普（二）红巨星与氦闪
流浪地球小科普（三）宇宙速度
流浪地球小科普（四）人工重力
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“初唐四杰”之一的王勃有一句脍炙人口的诗句——“海内存知己，天涯若比邻”，用来形容比邻星最是贴切不过。
比邻星距离太阳系的距离仅有4.2光年左右，约40万亿公里，尽管它是距离太阳系最近的恒星，但以人类目前的科技水平，从地球到比邻星，也要18000年之久，虽比邻而居，仍存天涯之远。
**《流浪地球》中，人类为了使地球免遭被太阳毁灭的厄运，耗尽各种资源、历尽千辛万苦所奔向的新家园正是比邻星系。那么比邻星系真的是人类的新希望所在吗？
与太阳系只有太阳一颗恒星不同，比邻星系并不是只有比邻星一个老大。严格意义来讲，比邻星系是一个三星系统（如果人类真的迁到了比邻星系，韩国人又可以宣称比称星是韩国的了），是由三颗恒星共同组成的恒星系统，位于半人马座。
比邻星是这个三星系统中的一颗，学名叫做半人马座α星C（其他两颗分别叫半人马座α星A和半人马座α星B）。由于这三颗恒星在不停地相互运转，因此在不同历史时期， “距离地球最近”这顶世界之最的桂冠将由这三颗星轮流佩戴。
比邻星是一颗红矮星，表面温度低、亮度差、颜色偏红，我们用肉眼甚至观察不到。按照天文学上恒星亮度的视星等划分，人类肉眼能够观察到的最暗星等是6（数值越小越亮），而比邻星的视星等为11，可见有多么黯淡。也正是因为如此，比邻星虽然距离太阳系很近，长久以来人们一直都未能发现它的存在，直到高性能的太空望远镜问世后这位邻居才让人得以知晓。
2016年，科学家们发现了比邻星的一颗行星——比邻星b，其大小和地球很接近，质量是地球的1.3倍！比邻星b有一面永远正对它的恒星比邻星，另一面则永远背对比邻星，就像月球总是以同一面朝向地球一样。
人们曾一度猜测比邻星b上有生命存在，不过经过测算之后发现这根本不可能。原因在于这颗星球距离它的主星太过于接近，只有727万公里，它的表面一直在遭受着比邻星的高温和辐射折磨。
而且比邻星作为一颗红矮星，其质量只有太阳的12.5%，状态极不稳定。2017年3月比邻星的一次耀斑爆发，比最强烈的太阳耀斑还要强10倍，比邻星b受到的辐射比地球遭受的高出约4000倍，对生命极为不利。
因此研究人员认为，比邻星b可能曾多次遭受强烈耀斑袭击，即使表面曾有过液态水和大气，也早就被摧毁殆尽，环境不适合生命存在。
由此看来，地球即使逃离了太阳系，到达比邻星系继续生存的情况并不如想象中乐观。
如果比邻星达不到人类的生存条件，那人类究竟将何去何从呢?
科学家们给出了另一个更为理想的选择——天仓五。
天仓五位于鲸鱼座内，它的质量约为太阳的70%-80%，表面几乎没有活动，非常稳定，而这个质量刚好是燃烧比较稳定而且不会发生氦闪的阶段，确实理想中的目的地！美中不足的时它与太阳系的距离稍远，约为12光年。
2017年，BadFly Interactive公司就发布了一款FPS游戏《天仓五：未知起源 TauCeti Unknown Origin》。在游戏中，玩家通过逃生荚逃离他们坠毁的太空船“ESS子午线”，降落在天仓五星系中一个陌生而未知的星球上，通过你对这个星球的探索，你会发现许多美丽和危险的元素。
或许，人类对于新家园的探寻，同样是一个充满美丽与危险的旅程。
完结。
往期文章：
流浪地球小科普（一）流浪的行星
流浪地球小科普（二）红巨星与氦闪
流浪地球小科普（三）宇宙速度
流浪地球小科普（四）人工重力
流浪地球小科普（五）重核聚变
流浪地球小科普（六）引力弹弓
流浪地球小科普（七）洛希极限
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