亲爱的邪恶工程师:我需要多少个气球才能让一头大象飞起来?

亲爱的邪恶工程师:

我拥有一个飞行马戏团——我指的不是一个巡回演出的马戏团，而是一个会飞的马戏团。我的小丑、杂技演员和马戏团的动物在整个表演过程中都穿着煤油喷气背包，以确保所有观众都能看到良好的视野。然而，我发现他们定制的喷气背包的巨大噪音往往会惊动我的舞蹈熊、大象和贵宾犬，使它们无法达到我期望的标准。

我想到了另一种飞行模式:巨大的氦气球，我还可以把它作为广告空间来赚钱。那么，举起一只跳舞的大象需要多少氦气呢?我一直听说的氦气短缺会造成问题吗?我的十几头大象是否有足够的氦气继续表演?

你的,

娱乐圈恶棍

亲爱的坏蛋,

我不能假装对管理马戏团很了解，但对我来说这听起来是个不错的建议。任何一个不愿意花钱看十几头大象随着《角斗士进场》(Entrance of the Gladiators)的旋律在空中飘浮的人都是无法享受的，也不值得你考虑。

要知道举起一头大象需要多少氦气，我们必须先计算氦气能提供多大的举升力。为此，我们必须使用阿基米德原理:一个物体，全部或部分浸在流体中，其浮力的大小与该物体所排开的流体的重量相等。海平面空气的平均密度为1.2kg/m3，而0°C(标准温度和压力)常压下氦气的密度为0.18kg/m3。看看这两种密度之间的差异，我们可以说，当一立方米的氦取代了一立方米的空气，这产生了一个向上的力，相当于一个1.02千克的质量(10.2N的重量)。

你需要多少立方米的氦来支撑一头大象的重量?当然，这取决于你使用的大象的种类。但成年大象的体重从5000公斤(婆罗洲象)到6000公斤(非洲丛林象)不等。养活一只非洲丛林象需要6120立方米的氦气。

这需要你装满一个直径约23米的球形气球来支撑每只大象(或者，使用56万个标准的派对气球)。以每立方米约100英镑的价格计算，你的大象剧团将使用约734万英镑的氦气。更不用说你需要买一个更大的马戏团帐篷来装下那些巨大的气球。值得吗?也许。我是邪恶工程师，不是邪恶企业家，所以别问我。

接下来，关于氦气短缺的问题。对于这是否会引发恐慌，人们存在分歧。然而，我们在新闻中听到的那种氦短缺是周期性的;我们正处于所谓的“氦短缺4.0”阶段。尽管这些短缺受到各种事件的影响，但它们在一定程度上都与美国对大量氦储备的笨拙处理有关。

1925年，美国土地管理局开始储备在联邦土地上发现的所有氦气，氦气在20世纪成为一种重要资源，比如太空竞赛期间的冷却剂。这导致了(昂贵的)联邦氦储备在德克萨斯州阿马里洛的布什圆顶的积累，1995年达到10亿立方米。1996年美国国会通过《氦私有化法案》后，政府被迫开始以低于市场的价格出售其氦以清偿债务。由于美国市场充斥着廉价的氦气，行业参与者几乎没有动力投资于氦气的发现或回收。这导致了氦供应的缓慢扩张，以及在需求增加时期(如半导体制造业繁荣时期)的供应问题。美国联邦储备的最后一批氦气预计将在9月份出售。

尽管有一些干预措施来阻止氦气市场的扭曲(比如2013年的一项法律允许联邦政府以市场价格出售氦气)，但氦气供应商仍然很少。这意味着，当氦设备出现问题时，我们可以预期供应中断和价格飙升——这当然会影响您的底线。目前的氦气短缺可能与俄罗斯一家天然气厂的关闭有关，此前在卡塔尔的两家工厂因定期维护而关闭。这些不足往往会及时得到纠正;在坦桑尼亚发现了储量丰富的新氦矿床后，最近的短缺得到缓解。

无论如何，我们的氦气并不会严重不足。最近的研究甚至表明，这种由放射性衰变产生的气体在天然气储备中聚集的数量可能比预期的要多。然而，这并不能改变这样一个事实:氦是一种有限的资源——一旦释放到大气中，重新捕获它是不经济的，最终会完全逃离地球——最终我们会用完它。到那时还有多久?2014年，美国内政部估计地球上还有11.69亿立方英尺(330万立方米)的氦储量:足够再使用117年。

那么，这是如何满足您的需求的呢?据美国内政部估计，全世界的氦储量可以支持大约5400头非洲丛林象的飞行，这比你想象的要少。

你的,

邪恶的工程师