地球星球/4e. 布萊斯·帕斯卡和他的氣壓計
1647 年，布萊斯·帕斯卡居住在法國巴黎，是一位著名的數學天才，也是第一臺機械計算器的發明者，當時他對一場偉大的科學辯論產生了興趣。一些科學家認為，一個*完全*真空是不可能的。這些科學家暗示，從一個密封的玻璃容器中去除所有物質的證據，包括氣體，是不可能的。無論你從玻璃容器中吸出多少氣體，裡面都會留下一些物質。布萊斯·帕斯卡認為這個觀點是錯誤的。真空*是*可能的，因此他寫了一本關於該主題的小冊子，題為Expériences nouvelles touchant le vide，或真空的新實驗。在整本書中，帕斯卡描述了使用各種液體（包括水銀）進行管道、注射器、風箱和虹吸管的實驗。帕斯卡發展了現代科學對作用於物質的物理力的概念，稱為壓力，如今用帕斯卡為單位測量。一個帕斯卡相當於作用在一個平方米麵積上的一個牛頓力。
有一個特定的實驗讓布萊斯·帕斯卡比任何其他實驗都興奮：在 1630 年代和 1640 年代，義大利進行了一系列實驗，這些實驗表明水即使從底部開啟並允許流入盆地，也能停留在密封的玻璃管內。這種無法將所有水排入盆地的現象表明，一些壓力正在支撐管內的水。埃萬傑利斯塔·托里拆利是伽利略的學生，他認為空氣有重量，並向下推壓盆地中的液體，從而阻止水從玻璃管中流出。托里拆利開始使用一個裝滿水銀而不是水的裝置進行實驗。水銀效果更好，因為用水進行的實驗需要非常長的管子（超過 10 米）和大的水盆才能工作。水銀效果很好，因為管子的長度可以很短，足以移動裝置。托里拆利的這個新裝置是第一個水銀氣壓計。氣壓計測量大氣向下推壓的壓力或重量。托里拆利將大氣看作我們頭頂上的一片水海洋，它會具有重量，而這層厚厚的氣體大氣會向下推壓表面。大氣壓或重量越大，玻璃管中的水銀就越高。
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布萊斯·帕斯卡想知道托里拆利是否正確，並很快想到一個想法來測試它。如果你爬一座巨大的山，你上面的大氣量就會減少，因此施加的壓力也會減少，氣壓計中的水銀會比在山腳下觀察到的水銀低。帕斯卡既不是登山者也不是冒險家。他有兩個姐姐，其中一個嫁給了名叫弗洛林·佩裡埃的英俊男子。在夏天，帕斯卡說服他的姐夫徒步前往火山頂峰，多姆山，並沿途測量氣壓計管中水銀的高度。佩裡埃同意了，在 9 月，他徒步前往山頂，記錄沿途水銀的高度。同時，在山腳下附近，測量了第二個氣壓計中水銀的高度。發現隨著佩裡埃越爬越高，與山腳下的氣壓計相比，水銀的水平越低。帕斯卡對實驗結果感到高興，並證明了托里拆利是正確的；大氣有重量，它向下壓在地球表面。氣壓計很快成為一種新的科學工具，用於測量大氣壓力（以及山的高度）。大氣壓力隨海拔升高而降低。你所處的海拔越高，大氣壓力就越低。氣體有重量，並且由於大氣質量和地球引力而向下壓在地球表面。在地球表面海平面附近，大氣施加的壓力為 101,325 帕斯卡，相當於 1013.25 毫巴，或 101.325 千帕，或相當於測量到 760 毫米高的水銀（通常表示為 760 毫米汞柱）。
充氦氣球在上升到大氣中會發生什麼？如果它上升時施加的壓力更小，氣球會發生什麼？在壓力較小的環境下，氣球會膨脹，因為它向上漂浮到大氣中，因為氣球內部的氣體將在壓力較小的環境下填充更大的體積。最終，氣球會爆裂或破裂，因為它被拉伸得更大了。
當你快速駕車穿過山區隘口，或乘坐飛機時，你可能會因為這種壓力變化而感到不舒服。在你的耳朵內，中耳腔（包含鐙骨、錘骨和砧骨）是一個充滿空氣的腔室。隨著大氣壓力的降低，這個中耳腔可能會膨脹，透過向你的耳膜施加壓力，導致不適。一個由肌肉控制的小開口可以開啟這個充滿空氣的腔室以緩解這種不斷上升的內部壓力，但如果你患有感冒或鼻竇感染，這個開口可能會被粘液阻塞，這種狀況會導致耳膜破裂。
構成地球大氣的氣體分子被大氣壓力壓縮，使得氣體分子密度隨著你離地球表面越近而增加，並且隨著你離海平面越近而增加。氣體被上面大氣的重量高度壓縮，導致地球表面附近的氣體分子濃度最高。事實上，大氣中的一半氣體分子位於 5.5 公里或 18,045 英尺的海拔以下。這意味著，在海拔 18,000 英尺的山頂上，每體積氧分子比海平面附近少近一半。這就是為什麼登山者攀登珠穆朗瑪峰（高 29,000 英尺）等高山時會隨身攜帶氧氣罐。導致高原反應的是山上的稀薄空氣，這是由大氣壓力的降低和每體積可用的氧氣分子減少造成的。與海平面的徒步旅行相比，在高山上徒步旅行需要更多呼吸才能使身體獲得相同數量的氧氣。使用氣壓計測量大氣壓力是天氣預報的重要工具。大氣壓力在地球表面的不同地方以及隨著時間的推移而變化。等壓線圖是由等大氣壓等值線組成的每日到每小時圖，顯示高壓區和低壓區，因為大氣的分佈會隨著時間的推移而變化。地球表面記錄的最高壓力為 108.48 千帕（在蒙古），記錄的最低值為 87.00 千帕（1979 年太平洋颱風期間），而標準海平面大氣壓力為 101.325 千帕。大氣壓力在地球表面變化，並且對天氣預報很重要。
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