就像中国北方的冬天会有大雪、棉袄和美味的冰糖葫芦一样，美国人的夏天也有三样标示性的东西——热狗、西瓜和频发的雷雨。一般人可能只会对愈加频繁和猛烈的夏季雷雨感到不适，而哈佛大学教授詹姆斯•安德森（James Anderson）却在研究这些雷雨的过程中，发现了一个让很多人倍感震惊的结论——“曾被我们认为已经解决的臭氧层破坏问题，其实并未解决。”而臭氧破坏带来的更多紫外线则很可能意味着以下灾难——更多的皮肤癌和白内障，海洋生命赖以生存的浮游生物遭到破坏，以及农作物枯萎导致的粮价飞涨。

就在几年前，很多人还不愿相信安德森的说法，他们更愿意宣称：臭氧问题已经成功解决。因为人们自以为已经控制了导致臭氧层空洞的元凶，一种来自空调和各种喷雾的有机物，氯氟烃（CFC）——旨在淘汰氯氟烃使用的《蒙特利尔协议》（Montreal Protocol）已被197个国家签署。于是，面对安德森的研究申请，NASA说“Go Away”，臭氧问题已经解决；面对安德森的大胆假设，他在MIT工作的好朋友兼同行对他说“Impossible”。

但安德森始终没有放弃。十多年来，他坚持完成这项艰难的证明——在雷雨和臭氧层破坏之间建立联系。为此，他不惜一次次动用热气球或者侦察机飞到距离地面1万米的高空收集数据，并一次次写信给NASA的负责人请求对这项研究的重视与支持。

终于，在2012年，他找到了确凿的实验证据。多年来的固执己见成了坚持真理，人们现在说，安德森在气候变化和臭氧层破坏问题之间建立了革命性链接。美国科学院院长、大气科学家拉尔夫•塞瑟罗恩（Ralph Cicerone）这样说道，“安德森确认了一个非常重要的机制。”

10月17日，安德森教授作为北京大学“大学堂顶尖学者讲学计划”入选者，在英杰交流中心阳光大厅，面向来自物理、化学、环境等院系以及清华、中科院、中国气象局等单位的近300名师生，发表了题为“气候变化的物理化学问题及其全球性挑战：哈佛大学与北京大学的科研合作”的演讲。之后，还与听众和学术记者进行了一个小时的交流，分享了自己的研究历程和体悟。振聋发聩的结论——“曾被认为已经解决的臭氧层破坏问题，其实并未解决。”

曾经，面对安德森拿来的奇怪数据，MIT的科学家Kerryn Emanuel（安德森的好友兼同行）说：“这不可能！”而2012年，他承认：“安德森的工作证明，我们最好重视气候变化和雷暴之间的关系。”

曾经，面对安德森提交的研究报告，美国宇航局（NASA）的负责人说：请你走开，那一页已经翻过去了，通过逐步停用氯氟烃，我们已经解决了这个问题。但如今，大多数人都承认，安德森说的对，臭氧问题还远远没有解决。

也许你会好奇，这个令很多人感到惊奇甚至拒绝相信的结论，最初是怎么出现在安德森脑海中的？研究的缘起来自于一次反常的探测结果。2001年起，安德森和他的团队有了一项奇怪的发现——他们的设备在大气层的最高层即平流层，探测到了极高的水分子浓度。这些水是哪里来的？要知道，在一般应该非常干燥的平流层探测到高浓度的水分子，就好像在萨拉哈沙漠发现海豚一样稀奇。
一般人也许会认为这稀奇的现象其实也没什么大碍，但安德森却感到了深深的忧虑，因为，根据他此前数十年对地球臭氧层损耗的研究来看，水分子可以通过一系列的化学反应，摧毁这些臭氧。而正是位于平流层的这层薄纱般的臭氧，挡住了大部分射向地球的紫外线，大大改善了地球上各种生物的生存环境。

当他第一次把这个奇怪的监测数据和自己大胆的设想告诉别人时，几乎没人相信，也没有人愿意相信。但就在2012年，安德森用数据证明了雷雨和平流层高浓度水分子之间的联系。讲座中，安德森对这个联系进行了耐心的讲解，即便是对我这个文科生而言也不显得复杂。

整个过程是这样的——强烈的雷暴会在空中一股强大的上升气流，而这股气流就像一个气态的电梯，会把热量、湿润的空气带向大气层。通常而言，这个气态电梯会在平流层的底部就停住。但是，如果一个雷暴足够强，这股上升气流就能冲进平流层，把水分带进去。而随着气流的上升，温度会不断下降（感兴趣的人可以在下次乘坐飞机的时候摸一摸玻璃），于是水蒸气会凝结成液态水，并凝结过程中释放出热量，让周围空气的温度增加，而这些空气里就残留着大量的氯氟烃，它们会因为这个热量而更有活性，去侵蚀那层薄纱般的珍贵臭氧。于是，雷暴、水分子、臭氧损害之间的联系就建立起来了。

更重要的事情在于，安提出了一个更令人忧心的可能——全球变暖会影响雷暴，进而影响臭氧层。也就是说，随着全球变暖，这种能够把水蒸气注入平流层的雷暴可能会更猛烈且频繁（近几十年来美国夏季的雷雨数据已经很好地证明了这一点），从而会带给平流层更多的水分，导致对臭氧更大的破坏。

就这样，安德森在气候变化和臭氧损耗之间建立了革命性的链接。而此前的三十年来，科学家们一直坚持声称，这两个环境问题之间是孤立的、没有联系的。“安所做的正是把所有复杂的部分都拼起来了，是什么把越来越多的水注入大气层高层，而那又如何引起了臭氧层破坏，他提出了这个令人担忧的可能性。”美国科学院院长、大气科学家拉尔夫•塞瑟罗恩（Ralph Cicerone），这位曾经在臭氧层领域做过开拓性工作的学者对安德森做出了高度评价，“他确认了一个非常重要的机制。”而几十年前首次提出了气候变暖的危险性,并指出人类制造的温室气体是气候变暖元凶的气候科学家詹姆斯•汉森（James Hansen）也相信安德森是对的：“随着气候变暖，这种被我们称为‘湿对流’的东西，会渗透到大气层的更高处。”

安德森的研究历程又一次向我们证明，在科学领域，有时候固执己见真的可能变成坚守真理。

艰难的研究历程——“夜袭用的侦查机就在我们隔壁的机库起飞”

然而，固执己见的历程并不容易，甚至可以用艰苦卓绝来形容。当然，了解安德森的故事之后，你也许更愿意从另一个角度来描述——他的研究实在是太酷了！

你是否想过，把自己的研究设备放到巨大的热气球里，甚至是放到美国宇航局提供的侦察机里，再把它送上美国、智利、南极等地的高空去？安德森的研究中，许多数据就是这么得来的！早在1987年，他和团队制作的研究设备，就装上了美国宇航局的ER-2飞机，那算是一个U-2侦察机的民用版。

当然，作为一个科学家的安德森，不能保持飞机或者热气球为他随时待命。其实，这些机会是美国宇航局主动为相关领域的科学家提供的，而这种机会每年只有不多的几次，需要经过一定的申请过程才能获得。而安德森每年都不放过这种机会。

事实上，使用美国宇航局的飞机飞上万尺高空做研究，也并不总是想象中那么浪漫和惬意。安德森和他的同事们也因此经历过不少紧张时刻。

比如，2012年的8月，安德森需要一架飞机从智利的港口城市彭塔阿雷纳斯（ Punta Arenas）起飞，探测当地大气层的数据。而那时后，智利的军队正对阿根廷处于戒备状态。“夜袭的飞机就在我们隔壁的机库起飞”，安德森回忆道，“而我们身边是一些刚满18岁的士兵举着AK-47s保护着我们。”

还有一次，安德森和同事要让飞机从瑞典出发，到北极附近做一次高空探测任务，结果莫名其妙地延迟了一阵。后来他才知道，延迟的原因，是工作人员不得不紧急去和克里姆林宫的官员打电话，告诉他们这架飞机只是要完成一项科研任务，绝对不是间谍活动，请对方千万不要击落它。

对高空研究的一次次坚持换来了宝贵的数据和发现。2000年，一架ER-2飞机在缅因州的班格尔发现了“美国上空极高浓度的一氧化氯”。而正是那次差点被俄罗斯击落的飞行，让他发现北极正在出现跟南极一样的大规模臭氧损耗。

同时，在最初提交的报告被美国宇航局拒绝甚至忽视之后，安德森也没有放弃努力，他反而写更多的信给美国宇航局的高层，不断向他们重复着这项研究的重要性，要求他们重新审视臭氧破坏问题。终于，他获得了一个同情他的听众，即美国宇航局高层大气研究项目的主管肯•朱克斯（Ken Jucks），在他的帮助和支持下，安德森争取到了足够的经费来支持自己的团队。

安德森还异常勤奋。有一次，一个记者清晨就到办公室去等他，却发现他已经在办公室工作一个多小时了，而周边几乎所有的办公室都还是空荡荡的。

正是在这样的不懈坚持和勤奋钻研之下，安德森找出了臭氧损耗的完整循环，在全球变暖和臭氧损耗这两大环境威胁之间建立了联系。在一些科学家都认为，主要是飞机排气造成的水分子会危害臭氧层时，安德森为我们证实了一些更为平常的东西，比如在美国夏天跟西瓜和热狗一般普遍的雷暴，也会提供这种足以扮演臭氧杀手的水分子。安德森不止一次地提醒人们：“我们曾经以为我们已经解决了臭氧损耗问题，但我们还没有。如果有什么区别的话，那就是气候变暖加上臭氧损耗所带来的后果，可能比单纯的气候变化严重得多。”

负责任的好老师——“他每次上课都会烧点儿什么或者来个爆炸”

直到今天，安德森还没有停止他的研究，而且还经常到不同大学讲学，年届七十依然坚持工作，可以说，老先生对科研的勤奋热情让很多年轻人都望尘莫及。但如果你以为，学术研究就是他唯一的兴趣，那可就大错特错了。
在努力钻研自己的学术之余，安德森绝对一名不折不扣的超级好老师。他尤其对于本科生教学表现出了极大的热情，直到现在还亲自为本科生上课。他会把入门级的物理基础课讲的生动有趣，比如，他会让学生计算自己的个人能源消费量，他的同事亚当•科恩（Adam Cohen）曾在一次报道中说，“他每次上课都会烧点什么东西或者搞个爆炸什么的。”在讲座现场，有人就此向安德森求证的时候，他笑着说：“的确是这样，我常常在课上点燃氢气或者其他一些东西。”

“其实最开始，我也是按照老办法去教新生物理化学，但我发现，大概有90%的学生都不及格”安德森说，“我感到，那样浪费了大量的创造性天赋，而且让学生对科学失去兴趣，很难再回头。”

“其实物理和化学，是人为地被区别开来进行教学的。但是你们要知道，在19世纪，这些都是混合在一起的。可我更希望，每个人都能懂得这些学科最重要的基础知识，而不是仅仅局限在自己的学科。我甚至很希望其他学科的人，比如经济、法律、新闻等专业的，也能够明白，重要的科学进步对于我们的社会、对我们的未来意味着什么。”

说起自己的研究兴趣如何发生，安德森向同学们回忆起了自己小时候的往事。也许，他最早的兴趣来自他父亲那间位于家庭地下室里的小小机械修理店。就是在那里，6岁的小安德森曾制作了自己人生第一台模型飞机，而他七年级的时候已经在造船了。而每年夏天，他则会和爷爷奶奶在爱达荷州的庞德雷（Lake Pend Oreille）湖边度过。在那里，他会修理船只的舷外发动机，或者建造树屋、堡垒、木筏、收音机等等。所有这些儿时的经历，都为他日后对科学研究发生兴趣奠定了基础。

而他真正发现自己的具体研究方向与兴趣，则是在华盛顿州大学拿到物理学士学位后，到科罗拉多大学攻读研究生的时期。后来，他又在科罗拉多州博尔德的大气与空间物理实验室里，发明了一种独创的方法，来测量平流层中极低浓度的自由基——携带一个电荷的原子团。“自由基简直是所有化学反应之神”，安德森满怀热情地回忆道，无论是铁皮生锈还是烟雾生成的过程，自由基都是重要催化剂。而他想出来的这种探测设备，能够测量出浓度低到一万亿分之一的自由基含量，这相当于一个奥运会比赛规格的泳池中找几粒沙子，而且被一个火箭抬到高处。

此外，他对开展国际科研合作也有很大的兴趣。说起来，安德森老师跟中国、跟北大，还颇有一点渊源。他的父亲是华盛顿州立大学的物理系主任，也曾在民国期间短暂来北平的燕京大学物理系任教，其实就是在我们今天的燕园里。而在这次讲座中，他也特别强调了中美之间科学合作的重要性。他认为，中美作为两个大国，在全球气候变化的领域起着重要的核心作用，有着广阔的合作空间，而北大、哈佛这两所大学早就有着良好的合作基础，未来应该展开更密切的合作与交流，为解决全球变化问题作出贡献。背景链接詹姆斯•安德森（James Anderson）教授1944年出生于美国华盛顿州，1966年获华盛顿大学物理学学士学位，1970年获科罗拉多大学物理与天文地球物理学博士学位。他首先任教于密执根大学，1978年开始任教于哈佛大学Robert P. Burden大气化学讲座教授，1982年被授予Philip S. Weld大气化学讲座教授，1998-2001年担任化学与生物化学系主任。