时间：2022-06-05 07:37:32
对日食追逐者来说，2011年不是个太好的年头。上一次月球本影通过地球表面是在2010年7月，而下一次日全食要到2012年11月才发生。但是这对我（Beldea，作者之一）来说，却有了如此多的时间去准备一项特殊的实验，这种实验以前只有NASA在1963年尝试过一次：让一个气球在同温层里的日全食月影中飞行。
2012年11月日全食的路径，从澳大利亚东北部开始，在那里月影先以巨大的速度进入大气层，之后速度一点点慢下来，扫过太平洋，一直朝着智利海岸附近的终点前进。约宽160公里的日食带如同大气层中的一条断层带，月影的突然出现造成当地的局部条件迅速变化，在日食带南北数千公里内形成“大气海啸”。这种现象被研究得不多，更增添了气球飞行的魅力。
除了能将科学仪器升载到高空进入月球本影以外，气球飞行还能提供机会，可以在20至25英里（约合32.2至40.2公里）高度的同温层拍摄高清晰度日食视频。
我们曾与罗马尼亚《科学与技术》杂志合作，在2011年10月15日放飞过一个名为“同温层一号”的气球。气球飞到了大约22英里（35.4公里）的高空，创造了东欧“业余”高空气球高度的新纪录，它还将罗马尼亚人在同温层顶层拍摄的第一批图像带回了地面。这次成功点燃了我的梦想：下一次日全食，我们可以用很有限的经费在同温层进行足够严密的科学研究。
我们在2012年8月放飞了“同温层二号”。这次飞行的高度没有超过20英里，但这一挫折警示我们，对于准备工作，特别是发射气球的程序，必须谨慎小心。而且它也告诉我们团队：三个月后进入月球本影的气球飞行将是一项十分艰巨的任务。
向同温层进发
怎样将一个气球放飞到同温层的边缘呢？氦气球依靠排开体积与自身相同但较重的空气而上升，这与船舶排开水而浮行的原理相同。根据气球中的氦气体积和它排开的空气之间的质量差，我们就能够计算出气球的浮力。空气密度仅是氦气的5.6倍（与水不同，水密度是空气的833倍），所以即便要搭载一个相对较轻的有效载荷上升，也需要大量的氦气。氢气的密度大约是氦气的一半，因此同样体积的氢气可以放飞更重的载荷。然而为了安全起见，我们还是决定使用氦气。
充有约35.3立方英尺（1立方米）氦气的气球所提供的浮力恰好可抵消约2.2磅（1公斤）有效载荷的重力，使之悬浮于空中，既不上升也不下降。为了使载荷上升，氦气排开的空气质量必须远远大于这个载荷。两者之差被称为自由重量，它的大小决定了气球的上升速度。这个速度对我们尤其重要，因为我们希望载荷正好在日食阴影扫过同温层时到达那里。此次日食的全食阶段只有两分钟，所以会合的时间至关重要。
为了适合日食飞行，科学设备舱必须比在罗马尼亚放飞时的尺寸进一步缩小。我们用玻璃纤维增强的聚苯乙烯做了一个11英寸×9英寸×6英寸（约合28厘米×22.9厘米×15.2厘米）的航空舱，它只有前几次飞行时的一半大小。但是，摄像机数量却增加了一倍，在航空舱的每一侧都安装了一台，以便在全食阶段分别拍摄面向太阳和背离太阳方向的关键镜头。其中两台是高清摄像机，另两个是照相机。其它设备包括无线电跟踪器、GPS舱和一个科学仪器包，里面有温度计、气压计，以及紫外辐射和红外辐射的传感器。这些仪器都由一个4安时的锂钋电池供电，电池重约9盎司（约合0.25公斤）。
日食飞行最重要的事情之一是取得澳大利亚领空的气球飞行许可证。由于几个月前有一次粗心的气球放飞致使大片领空不得不关闭，我们受到了澳大利亚当局的严格询查。不过，经过漫长和艰难的谈判，本文作者之一的Cali终于拿到了许可证。
为了“看到”气球的实时飞行路径，我们需要依靠Adrian Florescu的经验，他是我们队里的业余无线电专家。糟糕的是，Adrian的签证申请等到获准时已经太迟，无法前往澳大利亚，因此他不得不留在布加勒斯特来协调工作。不过，我们还是找到了两位热心的优秀业余无线电专家来合作，他们是来自澳大利亚昆士兰州的Howard Small和Sam Scafe。他们与我们队中的宇航工程师Florin Mingireanu合作，实时跟踪我们的气球，并在气球放飞后每隔15分钟将其准确坐标传送给澳大利亚的空中交通管理部门。Howard和Sam还负责在飞行结束后回收仪器舱，它由降落伞携带返回到地面。
最后，我们要选择放飞场地。除了考虑日全食带的宽度和位置以外，我们必须根据风向风速预报来设计气球的路径，而在放飞的6至12小时之前，风向风速预报都是不准确的。云也是一个问题，因为我们的许可证只允许在晴天放飞气球。
准备放飞
11月13日早晨7点，离日全食仅仅24小时，我们队分乘三辆汽车离开凯恩斯，前往约克角半岛的旷野。我们越过了大分水岭，穿过几个地球上最古老的热带雨林。经过一个叫卡宾山的小镇后，景色发生了巨大的变化，展现为一片干燥而宽广的桉树林和大片的草原。不久，手机信号消失了，现代文明的唯一标记就是我们脚下的沥青路。假如没有这条路，我们肯定以为回到了史前时代。
中午，我们在一个名为Lakeland的小村庄停下来加油。太阳发射出炙热的光芒，却看不到一点点日光阴影，这是因为在我们所处的纬度，太阳正当天顶。我们离开Lakeland小村，继续向前行驶，沥青路很快到了尽头，我们进入了“无人区”。我们停了下来，在周围的两只鸸鹋和数十条蛇的注视下，检查地图并测试卫星电话。我们还最后一次尝试刷新风向风速预报，以便制订气球的路径。之后，我们继续向前，进入一个叫Kimba的村落附近的澳洲内陆，下午6点左右，我们到达了国王谷。我们决定在那里过夜，第二天早晨就从此处放飞“日食一号”气球。我们的驻地位于东经143°44.3′，南纬15°34.9′。
午夜前，我们开始组装科学仪器舱和降落伞。又花了两个小时最后一次讨论飞行参数，大家一致同意充填气球的氦气不能超过215立方英尺（6.1立方米），相应的上升速度应该为每秒19英尺（约5.8米）。气球必须在5时25分准时放飞，以确保6时37分日全食之前气球不会飞到破裂高度。
突发险情
凌晨3时30分，我们开始放飞的准备工作。开始一切都很顺利，突然氦气流意外地中断了。经过几分钟的惊慌失措，我们才意识到氦气瓶空了。氦气瓶内只有145立方英尺（约4.1立方米）而不是250立方英尺（约7.1立方米）的氦气，远远少于我们计划的215立方英尺！
离升空时间只剩下20分钟了，却遇到了严重的问题。我们花了5分钟重新计算升空参数，并不得不做出一些痛苦的决定。为了保证每秒19英尺的上升速度，科学仪器舱中几乎一半的仪器必须拿掉，包括几台照相机和宝贵的科学传感器。
科学仪器舱减负完成后，我们在5时27分进行了一次完美的放飞。经过两分钟的飞行，我们确认气球正以每秒18.5英尺（约5.6米）的速度上升！一切近乎完美。按照事先的规定，我们每15分钟将“日食一号”的位置传给空中交通管理部门一次，气球的位置也被实时上传到业余无线电数据高级实时处理系统的网站（/balloontrack，在该网站的存档文件中可以看到气球路径图），以便进行数据交流。
气球向同温层冉冉攀升时，我们则开始准备从地面上进行日食观测。我们还有一个小时的时间来准备观测设备，并寻找一个适合观测偏食阶段的地点。放飞气球的地点并不是一个理想的观测点。在周围数英里之内，我们只发现了一块空地，四周的地平线还被树木全挡住了。不过很幸运，那里有一块地方，偏食中的太阳刚好会出现在树冠上1.5度。
早晨6时36分44秒，气球进入了我们上空的月球本影锥。然而，在地面上我们还得再等25秒，日全食才会降临。当月球移动到太阳的正前方时，我们在日冕突然出现之前，看到了持续时间长达2秒钟的“钻石环”。与我以前看到的四次日全食不同，这次的日冕呈径向对称，形状非常像1999年越过欧洲的那次日全食的日冕。这种形状的日冕通常只出现在太阳活动极大期前后，它与太阳活动极小期看到的蝶形日冕非常不同。虽然可能是幻觉，但是这次的日冕及其精细的径向纤维在肉眼看来很明锐，而我记忆中的前几次日全食日冕的冕流要宽一些。
全食阶段结束后，我们的注意力立即转向气球。它在哪里？仍在正确的方向上飞行吗？它是在多大高度上截获日食的？Howard瞧了瞧追踪信号的坐标，发现气球正好在我们的上空。我仰望上空，将眼睛聚焦到无穷远，它就在那儿！Cali在我们的东南方向约60英里（约96.6公里）的Maitland Downs居住区附近观看了日食。全食结束后，他也在寻找气球，但没有找到。
发现了漂浮在同温层的气球后，我们用肉眼和双目望远镜进行跟踪，看着它从18英里（约29公里）上升到23英里（约37公里）高空。用双目望远镜可以看清整个气球系统，尤其是气球，因为高空中越来越低的气压，气球膨胀到了它的最大直径32英尺（约9.8米）。Florin曾参加过数十次在美国放飞同温层气球的飞行任务，他说，气球飞行到最高处时地面人员还能看到它，这是十分罕见的。
经过108分钟的上升，气球在约克角半岛上空23英里处破裂。又经过了45分钟，科学仪器舱随着降落伞返回地面，降落在我们以东约12英里（约19.3千米）处，挂在一棵被数十个巨大白蚁巢包围的树上，离地面60英尺（约18.3米）。
气球在79000英尺（约24080米）到82500英尺（约25146米）的高度上，从本影锥内记录了日全食。球载摄像机拍下了椭圆状的本影，当时本影正从卡奔塔利亚湾越过大地向我们扫来，并继续向前，而后消失在浩瀚的太平洋上。
如同任何进入太空（或太空边缘附近）的飞行任务，同温层气球飞行也是一项困难重重的任务。而我们的这次飞行更具挑战性，因为在出现技术问题时，不能推迟气球的放飞——日食是不会等我们的。我们错失了测量关键大气参数的机会，但用全高清视频成功地记录了这次日全食事件。或许，我们的故事会鼓舞未来的日食追逐者，激励他们继续进行可能的在月球本影中的同温层飞行。