臺灣的節慶與化學：鹽水蜂炮 許紘齊、楊水平* 國立彰化師範大學化學系 *yangsp@cc.ncue.edu.tw n  鹽水蜂炮的由來 鹽水蜂炮（Yanshui's Beehive Rockets）是台南市鹽水區每年元宵節著名的節慶活動，2008年被指定為中華民國文化資產的民俗類，每年吸引十多萬遊客參與盛會。此項活動相傳是從清朝光緒年間開始，傳承至今已有百餘年的歷史，其由來眾說紛紜，其中最為大家樂道的是關聖帝君「驅除瘟疫」之說。現今鹽水蜂炮的節慶特色是由成千上萬的蜂炮（沖天炮，stick rockets）傾巢而出，如眾多火龍竄出，震撼力十足，如圖1所示。 圖1：鹽水蜂炮的沖天炮如火龍竄出震撼力十足 （圖片來源：Vincent Chien, Flickr, https://www.flickr.com/photos/bravesheng/6840510295/.） 時逢光緒11年（西元1885年）鹽水當地瘟疫肆虐，造成人口外移，市井蕭條。這時鹽水地區的居民們經商議後，決定迎請關聖帝君神轎出巡，祈求驅除瘟疫災厄。透過關聖帝君的指示，在神轎出巡的過程中沿路燃放鞭炮（firecrackers），從正月十三到十五日總共持續了三天的時間，沒想到從此瘟疫竟然被驅除了。此後，為了感念關聖帝君的恩澤，當地居民們決定每年元宵節舉行「關帝遶境」燃放爆竹的活動。此活動便是鹽水蜂炮節慶的前身，當時的爆竹以鞭炮和焰火為主。關於「驅除瘟疫」之說，有人以科學角度推論，這可能是因為鞭炮的成分硫磺和鞭炮火藥燃燒的產物發揮消毒作用。經過多年的演變，發展出以沖天炮為主的鹽水蜂炮。就風俗而言，蜂炮射向神轎是當地民眾感念關聖帝君恩澤的宗教儀式，遊客檔在神轎前體驗蜂炮威力是一項禁忌。 n  鹽水蜂炮的炮城 鹽水蜂炮的炮城，又名蜂炮城、蜂炮巢，其主要架構材料為木棒、竹子或鐵搭建而成，由許多沖天炮組成的發炮台。傳統上，以木條製作或竹竿綁成的大型長方體支架，作為炮城的基本結構。在面積最大的兩面，以橫杆由上而下做出分層，作為擺設沖天炮的支架，前後支架必須控制好沖天炮發射的角度，射向神轎。在分層的支架上，先以雙面膠或其他黏著劑固定炮城的炮芯（一種引線）在支架上，並在各層上排放單層或數層的沖天炮，再黏貼炮芯與沖天炮的引線在一起，有些炮芯再黏貼一層藍色或紅色的薄紙，如圖2所示。然後連接炮城兩面的炮芯在一起，使炮芯與引線串串相連，由炮芯和引線的長短來控制蜂炮點燃的時間，如此設計，在某一處點燃炮芯，就可萬炮同時發射或火龍連續四射。 圖2：沖天炮組成的炮城，單層的傳統炮城（左）和數層的現代炮城（右） （圖片來源：由左而右，Vincent Chien, Flickr, https://www.flickr.com/photos/bravesheng/6850965469/；August Huang, Flickr, https://www.flickr.com/photos/kaorss/6941599250/in/datetaken/） 傳統上，鹽水蜂炮的炮城是以竹子或木棒建構其基本架構，自民國70年起開始有大型的鐵製炮城出現。在炮城中各層擺放沖天炮的數量可達108或120支，其支數有象徵各行業興旺與長壽之意。大炮城的大小和分層的蜂炮數量並非固定不變，曾出現數千支或數萬支沖天炮的炮城。有些主炮城的各層蜂炮甚至以十層到二十層的沖天炮堆疊而成的，數量非常可觀，如圖3所示。在完成基本結構後，炮城的外表會黏貼紅色等色紙加以裝飾，並寫上祈福的語句，外觀設計成神像、茶壺、動物或卡通人物等各種造型。   圖3：有數十萬發沖天炮的炮城（左）和堆疊多層沖天炮的炮城（右） （圖片來源：Yanshui's Beehive Rockets 鹽水蜂炮，翁郁容的部落格，http://mi-chanchan.blogspot.tw/2012/03/yanshuis-beehive-rockets.html。） 2012年鹽水蜂炮的主炮城「雲端金龍」由50萬發沖天炮所組成。2013年有40萬發的「天官賜福」主炮城與50萬發的「玄武」炮城，還有120座小炮城，總計約有百萬發蜂炮。2014年的鹽水蜂炮有200多座創意炮城，主炮城「關公騎赤兔馬」由鹽水武廟特別打造12尺高、寬6公尺，有40萬支蜂炮，結合高科技LED燈，搭配精彩絢麗的煙火秀。成千上萬的沖天炮，如火龍竄出，震撼力十足，吸引頭戴安全帽，全身包緊緊的遊客們。 n  沖天炮的內部結構 鹽水蜂炮的沖天炮圓筒是用紙捲成多層的厚粗圓筒，其內部構造除了引線之外，可簡單地分成兩部分，尾部是推進（propellant）區，頭部是爆炸（explosion）區。沖天炮的外部黏貼一支細長的竹棒，作為發射飛行的穩定作用；還有用色紙包裝，以增加外部的美觀，如圖4所示。 圖4：沖天炮分成兩部分：尾部的推進區和頭部的爆炸區 推進區的成分主要為碳粉和硝酸鉀，通稱為無硫火藥（sulfur-free black powder），呈現黑色，有些沖天炮的推進區添加硫磺，此為火藥（gunpowder）或黑火藥（black powder），以增加推進的效果。然而，因含有硫磺，使得火藥本身相對敏感，在製造和運送過程中有一定的危險性。爆炸區的主要成分為過氯酸鉀（potassium perchlorate, KClO4）或氯酸鉀（potassium chlorate, KClO3）、碳粉、鋁粉、及鋁鎂合金粉所組成的灰色粉末，有些沖天炮會加入少量的硫磺或蔗糖（C12H22O11）當作還原劑，以增加爆炸效果，但具有相當的危險性。 沖天炮的頂部通常用泥土或黏土封閉筒口，以防火藥燃燒產生的氣體衝出；紙筒尾端以凹陷方式夾緊一條引線，在引線燃燒完畢後在此處形成小孔洞。當火藥燃燒時，產生的氣體會在此小孔洞衝出，造成極大的衝力並發出「咻」的聲音，圖5為沖天炮內部結構的切開圖。沖天炮的藥品填充順序是，先在紙筒中填充爆炸區的混合物後，再放入推進區的火藥並放入引線。   圖5：沖天炮的內部結構：頂部有黏土和爆炸的火藥、中段有推進火藥、及尾部有引線 二十多年前，鹽水蜂炮使用的沖天炮有塑膠頭，衝力非常強大，像一把刀，會射穿衣物，在皮膚留下深深的割痕。在爆炸後，有些塑膠黏住皮肉，使傷口更加嚴重，甚至炸傷遊客的眼睛。為降低殺傷力，近年來鹽水蜂炮已經禁用塑膠頭，全面採用紙包的沖天炮，降低民眾的受傷。 n  沖天炮的運作原理（物理和化學原理） 現今沖天炮使用的引線是延時引線（Visco fuse），塗層以綠色或紅色最為常見，它是扭曲的絞線，用於消費者煙火的高品質引線，也用於創造多個煙火施放時的延遲點火。延時引線是以火藥為核心，直徑2-3毫米的絞線，如圖6所示。引線的火藥用三層包住，內層是用串繩繞住火藥；第二層是用串繩以相反方向包住內層；外層是塗上低硝酸根的硝化纖維素漆（low-nitrate […]